JP2004170627A - Planar waveguide and array waveguide type grating - Google Patents

Planar waveguide and array waveguide type grating Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a planar waveguide in which the refractive index of the core for the light gradually varies along the propagation direction of the light near the end face of the planar waveguide and the spot diameter of the light gradually varies along the propagation direction of the light, and to provide a slab waveguide with little loss. <P>SOLUTION: The core constituting the planar waveguide is composed of a base core having a constant refractive index for the light and a varied refractive index portion having a different refractive index from that of the base core. The amount of the additive in the varied refractive index portion is gradually varied along the propagation direction of the light toward the end face near the end face of the planar waveguide. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面導波路及びアレイ導波路型回折格子に係り、特に、平面導波路の端面近傍において、該コアの光に対する屈折率が光の伝搬方向に沿って徐々に変化して光のスポット径が光の伝搬方向に沿って徐々に変化する平面導波路、及び、損失が少ないアレイ導波路型回折格子に関する。
【０００２】
近年、インタネットの急速な普及に伴って、データ、画像及び音声を含むトラフィックが急増しており、又、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ ）又は、ＦＴＴＣ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｃｕｒｖ ）の普及が進むと特に画像のトラフィックが更に増加すると予想される。
一方、上記動向とは必ずしも関係なく光伝送システムの高速化と大容量化が勧められてきたが、トラフィックの急増に迅速に対処するために波長多重光伝送システム（「ＷＤＭ伝送システム」と略記される。ＷＤＭはＷａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ） の頭文字による略語である。）の導入が級ピッチで勧められている。
【０００３】
ところで、波長多重光伝送システムは幹線伝送路から導入され始めたが、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｉｇｉｔａｌ ＳＵＢＳＣＲＩＢＥＲ Ｌｏｏｐ） や、ＦＴＴＨ又はＦＴＴＣの導入による加入者系伝送路の広帯域化の必要性から、都市内通信網（ＭｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎＮｅｔｗｏｒｋ）でも導入が計画されている。
このような都市内通信網においては、幹線系伝送路に比較して伝送距離が短い（最短は１００ｍのステップ（ａ ｆｅｗ）倍がありうるし、最長でも１０ｋｍの数（ａ ｆｅｗ）倍のオーダーである。）ために、伝送ノードに配置される光伝送装置のコストがシステム・コストに閉める割合が高くなる。又、家庭内の端末装置に接続される光伝送装置も必要になる。
【０００４】
従って、都市内通信網への波長多重光伝送システムの導入に当たっては、光伝送装置のコスト・ダウンが強く求められ、光伝送装置に使用される様々な光回路のコスト・ダウンが必須になる。
光回路では、光軸合わせをミクロン以下の制度で行なう必要があり、光回路のコスト・アップの主要な原因になっている。この問題の解決に分けて、平面光波回路（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔを略して「ＰＬＣ」と呼ばれることが多い。）を用いた集積化が進められている。平面光波回路を適用すると、多数の平面導波路を基板上に形成することができて、光ファイバ・アレイとの一括調芯が可能であり、チップが小型であることから、１ウェハから多数のチップを作成することができるため、製造コストや調整コストの削減が可能である。
【０００５】
そして、平面光波回路は、光の分岐と結合、レベル調整、波長多重と波長分離、光スイッチなど広範囲に使用され、小型化と共に重要になるのは、伝送損失の低下である。
【０００６】
【従来の技術】
図１２は、平面導波路の通常の製造プロセスの例である。
図１２において、１は基板、２はアンダー・クラッド、３ａはコア層、５ａはマスク剤、５は露光、現像されたマスク、３はコア、４はオーバー・クラッドである。そして、典型的には、基板にはシリコンを使用し、アンダー・クラッドとコア及びオーバー・クラッドの主成分は二酸化シリコンである。
【０００７】
まず、（イ）シリコンよりなる基板１上にＣＶＤ法又は火炎堆積法によって二酸化シリコンを主成分とするアンダー・クラッド２を成膜し（ここで、ＣＶＤはＣｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ の頭文字による略語である。）、（ロ）アンダー・クラッド２上に二酸化シリコンを主成分とするコア層３ａを成膜する。
因みに、アンダー・クラッド２の厚さは、平面導波路の伝送損失を低くするためにコアを伝搬する光のモード分布が基板１に達しない厚さにする必要があり、通常の屈折率のコアとクラッドの光に対する屈折率の差をコアの屈折率で除算して％表示した比屈折率差が０．５％程度の平面導波路では２０μｍ程度にする必要がある。
【０００８】
又、コア層３ａの厚さは、コア中を伝搬する光がシングル・モードになるような厚さにする必要があり、比屈折率差０．５％の場合には７μｍ程度に設定する。
尚、アンダー・クラッド２及びコア層３ａの成膜には、火炎堆積法を適用してもよい。
【０００９】
ついで、（ハ）コア層３ａ上にマスク剤５ａを塗布し、（ニ）マスク剤５上にコアのパターンを転写して露光・現像して、露光・現像されたマスク５ａのパターンのみを残し、（ホ）ＣＨＦ３ などのエッチング・ガスを使用してＲＩＥ
（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によって不要なコア層を除去してコア３を形成する。
【００１０】
ついで、（ヘ）コア３とアンダー・クラッド２を覆うようにオーバー・クラッド４を成膜する。
尚、アンダー・クラッド２、コア層３ａ及びオーバー・クラッドを形成する際に使用する材料と異なる形成手段については、当業者が十分に知るところであるので、詳細の記載は省略している。
【００１１】
このように形成された平面導波路において基本的な点は、伝送損失を小さくするためにコア３の近傍に光の伝搬モードを集中させることであり、このために被屈折率差の制御が重要になる。特許文献１、即ち、特開平５−３４５２７号公開公報には、比屈折率差を精密に制御する技術が開示されており、特許文献２、即ち、特開平５−１８１０３１号公開公報には、比屈折率差の増加等のためにホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、フッ素（Ｆ）などを添加する技術が開示されている。
【００１２】
図１３は、従来のアレイ導波路型回折格子の構成である。
図１３において、１１、１１ａ及び１１ｂは光ファイバ、１２はアレイ導波路型回折格子を構成するクラッド、１３はアレイ導波路型回折格子を構成する入力導波路のコア、１４は入力導波路からの光を分岐して入力されるチャネル導波路のコア、１５はチャネル導波路１４を伝搬する複数の波長の光を波長毎に出力する出力導波路のコア、１６は入力導波路のコア１３からの光をチャネル導波路のコア１４に分岐するスラブ導波路、１７はチャネル導波路のコア１４からの光を波長毎に出力導波路のコア１５に分岐するスラブ導波路である。尚、図の煩雑化を避けるために、チャネル導波路のコア１４を３本とし、出力導波路のコア１５を２本として図示しているが、実際には、チャネル導波路のコア１４は数十本から数百本にのぼる。又、使用する出力波長の数に応じて出力導波路のコア１５の本数が決まる。又、図１３には入力導波路が１本の例を示しているが、一般的にはアレイ導波路型回折格子において入力導波路の本数は１本には限定されない。
【００１３】
光ファイバ１１から入力される光は複数の波長の光が波長多重された光であり、入力導波路のコア１３に結合されてアレイ導波路型回折格子内に導かれ、入力導波路のコア１３を伝搬した光はスラブ導波路１６に結合される。スラブ導波路１６の入力導波路のコア１３との結合部は光に対するスリットと等価で、スラブ導波路１６に結合された光は回折現象によってスラブ導波路１６内に拡がって伝搬して、チャネル導波路のコア１４に結合される。従って、入力導波路のコア１３を伝搬してきた波長多重された光はスラブ導波路１６によって分割されてチャネル導波路のコア１４内を伝搬するようになる。
【００１４】
波長多重されている複数の波長の光がそれぞれのチャネル導波路のコア１４内で受ける位相変化が違い、且つ、図示の如く、全てのチャネル導波路のコア１４の長さはそれぞれ異なっていて伝搬位相に差があるため、それぞれのチャネル導波路のコア１４内を伝搬した波長多重された光はスラブ導波路１７において干渉を起こす。そして、チャネル導波路のコア１４の長さの差と、スラブ導波路１７と出力導波路のコア１５との結合点における各々の出力導波路のコア１５の間隔を適宜設定すると、波長毎に異なる出力導波路のコア１５に強度のピークを持つようになり、波長毎に異なる出力導波路のコア１５に結合される。
【００１５】
つまり、入力導波路のコア１３を伝搬した波長多重された光は、波長毎に異なる出力導波路のコア１５に分離されるので、図１３の構成を使用して入力導波路のコア１３側から波長多重された光を入力すると、波長毎に分離された光が各々の出力導波路のコア１５から得られる。
逆に、各々の出力導波路のコア１５から波長がそれぞれ異なる光を入力すると、スラブ導波路１７において生ずる干渉によってそれぞれのチャネル導波路のコア１４を波長多重された光が伝搬するようになり、スラブ導波路１６において全てのチャネル導波路のコア１４を伝搬してきた光が入力導波路のコア１３に結合されて出力される。
【００１６】
即ち、図１３のアレイ導波路型回折格子は、光ファイバ１１側から波長多重された光を入力すると光ファイバ１１ａ及び光ファイバ１１ｂには波長分離された光が出力される波長分離素子として機能し、光ファイバ１１ａ及び１１ｂ側から異なる波長の光を入力すると、光ファイバ１１には波長多重された光が出力される波長多重素子として機能する。
【００１７】
従って、アレイ導波路型回折格子としては波長多重された光をそれぞれの出力導波路のコア１５に分岐する機能と、独立な波長の光を入力導波路のコア１３に波長依存性なく合波する機能が重要で、これらについて、特許文献３、即ち、特開２０００−１４７２８１号公開公報や、特許文献４、即ち、特開２００１−１７４６５３号公開公報に開示されている。
【００１８】
ところで、図１３のアレイ導波路型回折格子の構成では、チャネル導波路のコアに対して波長毎に異なる位相変化を与えるために、各々のチャネル導波路のコアの長さを異ならせているが、各々のチャネル導波路のコア１４の光に対する屈折率を変えて全てのチャネル導波路のコアを等しい長さで形成してもよい。ただ、前者は一回のプロセスでチャネル導波路のコアを形成できるのに対して、後者は各々のチャネル導波路のコア毎に添加物の量や添加物組み合わせを変えて１本ずつチャネル導波路のコアを形成する必要があるので、実用的には各々のコアの長さを異ならせて屈折率を一定にしてチャネル導波路のコアを形成するのが通常である。
【００１９】
【特許文献１】特開平５−３４５２７号公開公報
【００２０】
【特許文献２】特開平５−１８１０３１号公開公報
【００２１】
【特許文献３】特開２０００−１４７２８１号公開公報
【００２２】
【特許文献４】特開２００１−１７４６５３号公開公報
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上に記載したように、通常のアレイ導波路型回折格子では、各々のチャネル導波路のコアの長さを異ならせて屈折率を一定にする。このために、図１３に図示した如く、入力導波路のコア１３、チャネル導波路のコア１４及び出力導波路のコア１５を曲げて形成することが必須になる。
【００２４】
ところで、光ファイバ又は平面導波路においてコアを曲げると、曲げの部分で光の伝搬モードに変化が生じて曲がり損失が生ずる。この曲がり損失は、コアとクラッドの比屈折率差が大きい程少ないので、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路においては比屈折率差を０．８％程度以上に設定して、曲がり損失を低下させるようにしている。
【００２５】
しかし、比屈折率差が大きいという条件で、平面導波路に光の伝搬モードが唯一存在する、つまりシングル・モードになるためには、光の伝搬モードのスポット・サイズが小さくなる必要がある。典型的には、通常の光ファイバのスポット・サイズ１０ミクロンに対して平面導波路のスポット・サイズは６ミクロン程度と小さくなる。このように、光ファイバと平面導波路のスポット・サイズに差があると、光の伝搬方向に関係なく、光ファイバと平面導波路の結合部における結合損失が大きくなる。
【００２６】
即ち、アレイ導波路型回折格子において平面導波路のコアとクラッドの比屈折率差を大きくして曲がり損失を低下させるようにすると、アレイ導波路型回折格子と光ファイバとの結合損失が増加するという矛盾する現象が生ずる。
又、アレイ導波路型回折格子を構成するスラブ導波路とチャネル導波路のコアとの結合部、スラブ導波路と出力導波路のコアとの結合部での結合損失も無視することができない。
【００２７】
本発明は、上記問題に鑑み、平面導波路の端面近傍において、該コアの光に対する屈折率が光の伝搬方向に沿って徐々に変化して光のスポット径が光の伝搬方向に沿って徐々に変化する平面導波路、及び、損失が少ないアレイ導波路型回折格子を提供することを目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
第一の発明は、基板と、該基板の主面に形成された、アンダー・クラッドとコア及びオーバー・クラッドとから成り、該コアが該アンダー・クラッド及び該オーバー・クラッドの間に埋め込まれた構造の平面導波路であって、該コアを、光に対して一定の屈折率を呈するベースとなるコアと、該ベースとなるコアとは屈折率が異なる異屈折率部とで構成し、平面導波路の端面近傍において、該異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って端面に向かって徐々に変化させたことを特徴とする平面導波路である。
【００２９】
第一の発明によれば、該コアを、光に対して一定の屈折率を呈するベースとなるコアと、該ベースとなるコアとは屈折率が異なる異屈折率部とで構成し、平面導波路の端面近傍において、該異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に変化させるので、平面導波路の中心部と端面部とで光のスポット・サイズを異ならせることができる。
【００３０】
第二の発明は、第一の発明の平面導波路であって、上記平面導波路の端面近傍において、上記異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って端面に向かって徐々に低下させたことを特徴とする平面導波路である。
第二の発明によれば、該平面導波路の端面近傍において、該平面導波路の端面近傍において、上記異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に低下させるので、該平面導波路の中心部ではスポット・サイズを小さく、端面部ではスポット・サイズを中心部より大きくすることができる。
【００３１】
第三の発明は、第二の発明の平面導波路であって、上記ベースとなるコアを、通常の屈折率の二酸化シリコンを主成分とするコアとし、上記平面導波路の中心部において、該異屈折率部の屈折率を該所定の屈折率より大きい屈折率とする添加物を所定量イオン注入し、該平面導波路の端面近傍において、上記異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に低下させたことを特徴とする平面導波路である。
【００３２】
第三の発明によれば、該ベースとなるコアを、通常の屈折率の二酸化シリコンを主成分とするコアとし、該平面導波路の中心部において、該異屈折率部の屈折率を該所定の屈折率より大きい屈折率とする添加物を所定量イオン注入し、該平面導波路の端面近傍において、上記異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に低下させるので、該平面導波路の中心部ではスポット・サイズを小さくして該コアの曲がりによる損失を低下させ、該平面導波路の端面ではスポット・サイズを光ファイバと同程度にして平面導波路と光ファイバとの結合部における結合損失を低下させることができる。
【００３３】
第四の発明は、入力導波路と、チャネル導波路と、出力導波路のと、該入力導波路と該チャネル導波路とを結合する第一のスラブ導波路と、該チャネル導波路と該出力導波路とを結合する第二のスラブ導波路とを備えるアレイ導波路型回折格子であって、該入力導波路と該チャネル導波路と該出力導波路に、第一の発明乃至第三の発明いずれかの平面導波路を適用したことを特徴とするアレイ導波路型回折格子である。
【００３４】
第四の発明によれば、該入力導波路と該チャネル導波路と該出力導波路に、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の平面導波路を適用するので、アレイ導波路型回折格子内及びアレイ導波路型回折格子と他の光伝搬要素との結合部における損失を低下させることができる。
第五の発明は、入力導波路と、チャネル導波路と、出力導波路と、該入力導波路と該チャネル導波路とを結合する第一のスラブ導波路と、該チャネル導波路と該出力導波路とを結合する第二のスラブ導波路とを備えるアレイ導波路型回折格子であって、該第一のスラブ導波路又は第二のスラブ導波路において、該入力導波路又は該チャネル導波路又は該出力導波路との結合部の両脇の部分の光に対する屈折率を低下させた構成を有することを特徴とするアレイ導波路型回折格子である。
【００３５】
第五の発明によれば、該第一のスラブ導波路又は該第二のスラブ導波路において、該入力導波路又は該チャネル導波路又は該出力導波路との結合部の両脇の部分の光に対する屈折率を低下させた構成を有するので、該第一のスラブ導波路及び該第二のスラブ導波路において、該入力導波路、該チャネル導波路、該出力導波路との結合部における損失を低下させることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以降、図面を併用して本発明の平面導波路とアレイ導波路型回折格子の技術を詳細に説明する。
図１は、本発明の平面導波路の第一の実施の形態で、平面導波路の側面から見た光路方向の断面図を図１（Ａ）に、平面導波路の上から見た平面図を図１（Ｂ）に、平面導波路の光路と直交する断面図を図１（Ｃ）及び図１（Ｄ）に示している。尚、図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）におけるＰ−Ｐ’で切った断面図、図１（Ｄ）は、図１（Ｂ）におけるＱ−Ｑ’で切った断面図である。
【００３７】
図１において、１は基板、２はアンダー・クラッドである。３−１はベースとなるコア、３−３はベースとなるコア内に形成された高屈折率部で、ベースとなるコア３−１と高屈折率部３−３によって本発明の平面導波路のコアを構成する。又、４はオーバー・クラッドである。尚、図１（Ａ）のオーバー・クラッド４内の直線は、コアの厚みの影響でオーバー・クラッド４が平坦にならないことを表現するために、コア上に形成されたオーバー・クラッド４の部分とコアがない箇所に形成されたオーバー・クラッド４の部分の境界を誇張して表現したものである。尚、プロセス条件によっては、オーバー・クラッド４の上面が平坦になることもある。
【００３８】
即ち、図１の平面導波路の構成は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１内上部に形成された屈折率が一定の高屈折率部３−３とより成るコアが挟み込まれている。そして、高屈折率部３−３の厚さは一定であり、高屈折率部３−３の幅は平面導波路の中心部では一定で、平面導波路の端面近傍で幅が徐々に小さくなってゆき、平面導波路の端面では高屈折率部３−３がなくなっている。
【００３９】
図２は、図１の構成の平面導波路の製造プロセスである。
図２において、１は基板、２はアンダー・クラッド、３−１はベースとなるコア、３−１ａはベースとなるコア層、３−３は高屈折率部、４はオーバー・クラッド、５は露光、現像されたマスク、６はエッチング・マスクである。
基板１上にアンダー・クラッド２を形成し、アンダー・クラッド２上にベースとなるコア層３−１ａを形成し、ベースとなるコア層の上にマスク剤５ａを塗布する迄の工程は図１２（イ）乃至図１２（ハ）と同じであるので、図２では上記工程を省略している。以降の工程は下記の通りである。
【００４０】
（ニ）マスク剤５ａを露光、現像してマスク５を形成する。従来の平面導波路の製造プロセスを示した図１２（ニ）では、マスク剤５ａはコア３上を覆うものであったが、ここでは、高屈折率部３−３を形成する部分だけ除去して形成したものであることに留意されたい。
（ホ）図１２（ニ）の状態で図面上方からイオン注入をして、高屈折率部３−３を形成する。屈折率を上昇させるためのイオン注入であるので、例えばゲルマニウム・イオンを注入する。
【００４１】
（ヘ）マスク剤５ａを除去する。
（ト）ベースとなるコア層３−１ａの一部と高屈折率部３−３を覆うようにエッチング・マスク６を形成する。尚、エッチング・マスク６の幅は、ベースとなるコア３−１として残す部分の幅とほぼ等しくする。尚、エッチング条件によっては、ベースとなるコア３−１として残す部分の幅が目減りする場合があるので、この場合には目減り分だけエッチング・マスク６の幅を広くすることが好ましい。
【００４２】
（チ）エッチングによってベースとなるコア３−１として残す以外のベースとなるコア層３−１ａを除去する。この段階で、高屈折率部３−３とベースとなるコア３−１とによって構成される、本発明の平面導波路のコアがアンダー・クラッド２上に残る。
（リ）図２（チ）の状態でオーバー・クラッド４を形成する。これで、図１の構成の平面導波路が完成される。
【００４３】
先にも記載した通り、図１の構成の平面導波路は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間にベースとなるコア３−１が形成されており、ベースとなるコア３−１内上部に屈折率が一定の高屈折率部３−３が形成されている。そして、高屈折率部３−３の厚さは一定であり、高屈折率部３−３の幅は平面導波路の中心部では一定で、平面導波路の端面近傍で幅が小さくなってゆき、平面導波路の端面では、高屈折率部３−３がなくなっている。
【００４４】
従って、ベースとなるコアの屈折率を通常のコアの屈折率としておけば、平面導波路の中心部ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率より高くなっており、平面導波路の端面近傍でコアの等価屈折率が徐々に低下してゆき、平面導波路の端面ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率に等しくなる。
このため、平面導波路の中心部ではスポット・サイズが小さくなっていて、平面導波路が曲がっていても曲がり損失を小さくすることができる。従って、アレイ導波路型回折格子の入力導波路、チャネル導波路及び出力導波路に図１の構成の平面導波路を適用すれば、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路で生ずる曲がり損失を低下させることが可能になる。
【００４５】
一方、平面導波路の端面では、コアの等価屈折率は通常の屈折率に等しくなるので、スポット・サイズが中心部に比較して大きくなる。この、平面導波路の端面におけるスポット・サイズを光ファイバ等のスポット・サイズに等しくなるように設定することは容易であるので、アレイ導波路型回折格子における複数の結合部での結合損失を低下させることができる。
【００４６】
即ち、図１の構成の平面導波路によって、アレイ導波路型回折格子で生じていた矛盾する現象を一遍に解決することができ、アレイ導波路型回折格子で生ずる損失を低下させることができる。
さて、図１と図２では、高屈折率部３−３の幅がベースとなるコア３−１の幅より小さい例を示して説明したが、高屈折率部３−３に注入するイオンの種類や量によってはベースとなるコア３−１の全幅にわたって高屈折率部３−３を形成してもよいし、更に、ベースとなるコア３−１の全厚にわたって高屈折率部３−３を形成してもよい。このことは、以降に説明する他の実施の形態においても同様である。
【００４７】
尚、上記製造プロセスでは、イオン・ビームをウェハ全面に照射するタイプのイオン注入法を想定しているが、上記タイプの他に、ウェハの特定箇所にイオン・ビームの焦点を絞り、焦点を絞ったイオン・ビームをウェハ面上を走査させてパターン状にイオン注入できるＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）法があり、該ＦＩＢ法を本発メインの平面導波路の製造プロセスに適用できることはいうまでもない。そして、ＦＩＢ法を適用した場合には、図２に示す製造プロセスの中で、イオン注入のためのマスク生成工程（ニ）及び同マスク除去（ヘ）の工程を省略して、図２（ヘ）に示した断面形状を有する高屈折率部３−３のパターンを形成できる。
【００４８】
図３は、本発明の平面導波路の第一の実施の形態の変形で、平面導波路の側面から見た光路方向の断面図を図３（Ａ）に、平面導波路の上から見た平面図を図３（Ｂ）に、平面導波路の光路と直交する断面図を図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）に示している。尚、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）におけるＰ−Ｐ’で切った断面図、図３（Ｄ）は、図３（Ｂ）におけるＱ−Ｑ’で切った断面図である。
【００４９】
図３において、１は基板、２はアンダー・クラッドである。３−１はベースとなるコア、３−４はベースとなるコア内に形成された低屈折率部で、ベースとなるコア３−１と低屈折率部３−４によって本発明の平面導波路のコアを構成する。又、４はオーバー・クラッドである。尚、図３（Ａ）のオーバー・クラッド４内の直線は、コアの厚みの影響でオーバー・クラッド４が平坦にならないことを表現するために、コア上に形成されたオーバー・クラッド４の部分とコアがない箇所に形成されたオーバー・クラッド４の部分の境界を誇張して表現したものである。
【００５０】
尚、低屈折率部３−４を形成するには、例えばフッ素イオンをベースとなるコア中に注入すればよい。
即ち、図３の平面導波路の構成は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１内上部に形成された屈折率が一定の低屈折率部３−４とより成るコアが挟み込まれている。そして、低屈折率部３−４の厚さは一定であり、低屈折率部３−４の幅は平面導波路の中心部では０で、平面導波路の端面近傍で幅が徐々に大きくなってゆき、平面導波路の端面では低屈折率部３−４が見えるようになっている。
【００５１】
従って、ベースとなるコアの屈折率を通常のコアの屈折率より高くしておけば、平面導波路の端面近傍でコアの等価屈折率が中心部の屈折率より徐々に低下してゆく。そして、平面導波路の端面ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率に等しくなるようにすることは容易である。
このため、平面導波路の中心部ではスポット・サイズが小さくなっていて、平面導波路が曲がっていても曲がり損失を小さくすることができる。従って、アレイ導波路型回折格子の入力導波路、チャネル導波路及び出力導波路に図３の構成の平面導波路を適用すれば、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路で生ずる曲がり損失を低下させることが可能になる。
【００５２】
一方、平面導波路の端面では、コアの等価屈折率は通常の屈折率に等しくなるので、スポット・サイズが中心部に比較して大きくなる。この、平面導波路の端面におけるスポット・サイズを光ファイバ等のスポット・サイズに等しくなるように設定することは容易であるので、アレイ導波路型回折格子における複数の結合部での結合損失を低下させることができる。
【００５３】
即ち、図３の構成の平面導波路によって、アレイ導波路型回折格子で生じていた矛盾する現象を一遍に解決することができ、アレイ導波路型回折格子で生ずる損失を低下させることができる。
さて、図３では、低屈折率部３−４の幅がベースとなるコア３−１の幅より小さい例を示して説明したが、低屈折率部３−４に注入するイオンの種類や量によってはベースとなるコア３−１の全幅にわたって低屈折率部３−４を形成してもよいし、更に、ベースとなるコア３−１の全厚にわたって低屈折率部３−４を形成してもよい。
【００５４】
尚、図３の構成の平面導波路の製造プロセスと図１の構成の平面導波路の製造プロセスは、高屈折率部を形成するためのマスクの開口部と低屈折率部を形成するためのマスクの開口部の位置が異なるだけで他は同じであるので、製造プロセスの図示は省略する。
図４は、本発明の平面導波路の第二の実施の形態で、平面導波路の側面から見た光路方向の断面図を図４（Ａ）に、平面導波路の上から見た平面図を図４（Ｂ）に、平面導波路の光路と直交する断面図を図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）に示している。尚、図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）におけるＰ−Ｐ’で切った断面図、図４（Ｄ）は、図４（Ｂ）におけるＱ−Ｑ’で切った断面図である。
【００５５】
図４の構成と図１の構成とは本質的に同じあるが、高屈折率部３−３の形状が違うので、敢えて構成の全てを説明する。
図４において、１は基板、２はアンダー・クラッドである。３−１はベースとなるコア、３−３はベースとなるコア内に形成された高屈折率部で、ベースとなるコア３−１と高屈折率部３−３によって本発明の平面導波路のコアを構成する。又、４はオーバー・クラッドである。
【００５６】
即ち、図４の平面導波路の構成は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１内上部に形成された屈折率が一定の高屈折率部３−３とより成るコアが挟み込まれている。そして、高屈折率部３−３の幅は一定であり、高屈折率部３−３の厚さは平面導波路の中心部では一定で、平面導波路の端面近傍で厚さが徐々に小さくなってゆき、平面導波路の端面では高屈折率部３−３がなくなっている。
【００５７】
図５は、図４の構成の平面導波路の製造プロセスである。これは、図１の構成の製造プロセスと本質的には同じであるが、高屈折率部３−３の形状が違うのに対応してマスクの形状が異なるので、必要な部分を全て説明する。尚、図５では平面導波路の側面から見た断面図を主に図示し、一部の工程では平面導波路の中心部における光路に垂直な断面図も合わせて図示する。
【００５８】
図５において、１は基板、２はアンダー・クラッド、３−１はベースとなるコア、３−１ａはベースとなるコア層、３−３は高屈折率部、４はオーバー・クラッド、５は露光、現像されたマスク、６はエッチング・マスクである。
基板１上にアンダー・クラッド２を形成し、アンダー・クラッド２上にベースとなるコア層３−１ａを形成し、ベースとなるコア層の上にマスク剤を塗布する迄の工程は図１２（イ）乃至図１２（ハ）と同じであるので、図５では上記工程を省略している。以降の工程は下記の通りである。
【００５９】
（ニ）マスク剤５ａを露光、現像してマスク５を形成する。ここでは、マスク５は高屈折率部３−３を形成する部分だけ除去して形成したものであること、及び、高屈折率部３−３の厚さを可変にする箇所があるために、一部マスクの厚さが変化する箇所があることに留意されたい。尚、マスクの厚さに変化を持たせるのは、光の透過率が徐々に変わるフォト・マスクを用いてフォト・レジストを露光することによって可能である。
【００６０】
（ホ）図５（ニ）の状態で図面上方からイオン注入をして、高屈折率部３−３を形成する。屈折率を上昇させるためのイオン注入であるので、例えばゲルマニウム・イオンを注入する。そして、マスクの厚さが変化している箇所では高屈折率部３−３の厚さが可変に制御できる。
（ヘ）マスク５を除去する。
【００６１】
（ト）ここからは、平面導波路の中心部における光路に垂直な断面図も合わせて図示する。ベースとなるコア層３−１ａの一部と高屈折率部３−３を覆うようにエッチング・マスク６を形成する。尚、エッチング・マスク６の幅は、ベースとなるコア３−１として残す部分の幅とほぼ等しくする。
（チ）エッチングによってベースとなるコア３−１として残す以外のベースとなるコア層３−１ａを除去する。この段階で、高屈折率部３−３とベースとなるコア３−１とによって構成される、本発明の平面導波路のコアがアンダー・クラッド２上に残る。
【００６２】
（リ）図５（チ）の状態でオーバー・クラッド４を形成する。これで、図４の構成の平面導波路が完成される。
尚、上記製造プロセスでは、イオン・ビームをウェハ全面に照射するタイプのイオン注入法を想定しているが、ＦＩＢ法を本発明の平面導波路の製造プロセスに適用できることはいうまでもない。そして、ＦＩＢ法を適用した場合には、図５に示す製造プロセスの中で、イオン注入のためのマスク生成工程（ニ）及び同マスク除去（ヘ）の工程を省略して、図５（ヘ）に示した断面形状を有する高屈折率部３−３のパターンを形成できる。特に、高屈折率部３−３の厚さが変わる部分では、高屈折率部３−３が厚い部分でイオン加速エネルギーを大きく、薄い部分でイオン加速エネルギーを小さくして、イオン加速エネルギーを変化させながら走査する。
【００６３】
先にも記載した通り、図４の平面導波路の構成は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１内上部に形成された屈折率が一定の高屈折率部３−３とより成るコアが挟み込まれている。そして、高屈折率部３−３の幅は一定であり、高屈折率部３−３の厚さは平面導波路の中心部では一定で、平面導波路の端面近傍で厚さが徐々に小さくなってゆき、平面導波路の端面では高屈折率部３−３がなくなっている。
【００６４】
従って、ベースとなるコアの屈折率を通常のコアの屈折率としておけば、平面導波路の中心部ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率より高くなっており、平面導波路の端面近傍でコアの等価屈折率が徐々に低下してゆき、平面導波路の端面ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率に等しくなる。
このため、平面導波路の中心部ではスポット・サイズが小さくなっていて、平面導波路が曲がっていても曲がり損失を小さくすることができる。従って、アレイ導波路型回折格子の入力導波路、チャネル導波路及び出力導波路に図４の構成の平面導波路を適用すれば、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路で生ずる曲がり損失を低下させることが可能になる。
【００６５】
一方、平面導波路の端面では、コアの等価屈折率は通常の屈折率に等しくなるので、スポット・サイズが中心部に比較して大きくなる。この、平面導波路の端面におけるスポット・サイズを光ファイバ等のスポット・サイズに等しくなるように設定することは容易であるので、アレイ導波路型回折格子における複数の結合部での結合損失を低下させることができる。
【００６６】
即ち、図４の構成の平面導波路によって、アレイ導波路型回折格子で生じていた矛盾する現象を一遍に解決することができ、アレイ導波路型回折格子で生ずる損失を低下させることができる。
ここで、高屈折率部３−３の幅や厚さについては先にコメントした通りであり、又、高屈折率のベースとなるコア中に低屈折率部を設けることによっても同じ作用を得ることができることも先に記載した通りである。
【００６７】
図６は、本発明の平面導波路の第三の実施の形態で、平面導波路の側面から見た光路方向の断面図を図６（Ａ）に、平面導波路の上から見た平面図を図６（Ｂ）に、平面導波路の光路と直交する断面図を図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示している。尚、図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）におけるＰ−Ｐ’で切った断面図、図６（Ｄ）は、図６（Ｂ）におけるＱ−Ｑ’で切った断面図である。
【００６８】
図６の構成と図１の構成とは本質的に同じあるが、高屈折率部３−３の形状が違うので、敢えて構成の全てを説明する。
図６において、１は基板、２はアンダー・クラッドである。３−１はベースとなるコア、３−３はベースとなるコア内に形成された高屈折率部で、ベースとなるコア３−１と高屈折率部３−３によって本発明の平面導波路のコアを構成する。又、４はオーバー・クラッドである。
【００６９】
即ち、図６の平面導波路の構成は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１内上部に形成された屈折率が一定の高屈折率部３−３とより成るコアが挟み込まれている。そして、平面導波路の中心部で高屈折率部３−３の幅と厚さは一定であり、平面導波路の端面近傍で幅と厚さが徐々に小さくなってゆき、平面導波路の端面では高屈折率部３−３がなくなっている。
【００７０】
従って、ベースとなるコアの屈折率を通常のコアの屈折率としておけば、平面導波路の中心部ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率より高くなっており、平面導波路の端面近傍でコアの等価屈折率が徐々に低下してゆき、平面導波路の端面ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率に等しくなる。
このため、平面導波路の中心部ではスポット・サイズが小さくなっていて、平面導波路が曲がっていても曲がり損失を小さくすることができる。従って、アレイ導波路型回折格子の入力導波路、チャネル導波路及び出力導波路に図６の構成の平面導波路を適用すれば、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路で生ずる曲がり損失を低下させることが可能になる。
【００７１】
一方、平面導波路の端面では、コアの等価屈折率は通常の屈折率に等しくなるので、スポット・サイズが中心部に比較して大きくなる。この、平面導波路の端面におけるスポット・サイズを光ファイバ等のスポット・サイズに等しくなるように設定することは容易であるので、アレイ導波路型回折格子における複数の結合部での結合損失を低下させることができる。
【００７２】
即ち、図６の構成の平面導波路によって、アレイ導波路型回折格子で生じていた矛盾する現象を一遍に解決することができ、アレイ導波路型回折格子で生ずる損失を低下させることができる。
ここで、高屈折率部３−３の幅や厚さについては先にコメントした通りであり、又、高屈折率のベースとなるコア中に低屈折率部を設けることによっても同じ作用を得ることができることも先に記載した通りである。
【００７３】
尚、図６の構成の平面導波路の製造プロセスと図４の構成の平面導波路の製造プロセスは、高屈折率部を形成するためのマスクの形状が異なるだけで他は同じであるので、製造プロセスの図示は省略する。
図７は、本発明の平面導波路の第四の実施の形態で、平面導波路の側面から見た光路方向の断面図を図７（Ａ）に、平面導波路の上から見た平面図を図７（Ｂ）に、平面導波路の光路と直交する断面図を図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）に示している。尚、図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）におけるＰ−Ｐ’で切った断面図、図７（Ｄ）は、図７（Ｂ）におけるＱ−Ｑ’で切った断面図である。
【００７４】
図７において、１は基板、２はアンダー・クラッドである。３−１はベースとなるコア、３−３はベースとなるコア内に形成された高屈折率部で、ベースとなるコア３−１と高屈折率部３−３によって本発明の平面導波路のコアを構成する。又、４はオーバー・クラッドである。
即ち、図７の平面導波路の構成は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１の中心に形成された屈折率が一定の高屈折率部３−３とより成るコアが挟み込まれている。そして、平面導波路の中心部で高屈折率部３−３の幅は一定であり、平面導波路の端面近傍で幅が徐々に小さくなってゆき、平面導波路の端面では高屈折率部３−３がなくなっている。つまり、本発明の平面導波路の第一の実施の形態における高屈折率部をベースとなるコアの中心部に形成したのが図７の構成である。
【００７５】
図８は、図７の構成の平面導波路の製造プロセスである。
図８において、１は基板、２はアンダー・クラッド、３−１はベースとなるコア、３−１ｂはイオン注入より先に形成されるベースとなるコア層、３−１ｃはイオン注入より後に形成されるベースとなるコア層、３−３は高屈折率部、４はオーバー・クラッド、５は露光、現像されたマスク、６はエッチング・マスクである。
【００７６】
基板１上にアンダー・クラッド２を形成し、アンダー・クラッド２上にイオン注入より先に形成されるベースとなるコア層３−１ｂを形成し、イオン注入より先に形成されるベースとなるコア層３−１ｂの上にマスク剤を塗布する迄の工程は図１２（イ）乃至図１２（ハ）と同じであるので、図８では上記工程を省略している。以降の工程は下記の通りである。
【００７７】
（ニ）マスク剤を露光、現像してマスク５を形成する。このマスクは図２のものと同じである。
（ホ）図８（ニ）の状態で図面上方からイオン注入をして、高屈折率部３−３を形成する。屈折率を上昇させるためのイオン注入であるので、例えばゲルマニウム・イオンを注入する。
【００７８】
（ヘ）マスク５を除去する。
（ト）図８（ヘ）の状態で、イオン注入後に形成するベースとなるコア層３−１ｃを形成する。これで、ベースとなるコア層３−１ｂが全て形成されたことになる。
（チ）高屈折率部３−３を含んでベースとなるコア層３−１ｂの一部を覆うようにエッチング・マスク６を形成する。尚、エッチング・マスク６の幅は、ベースとなるコア３−１として残す部分の幅とほぼ等しくする。
【００７９】
（リ）エッチングによってベースとなるコア３−１として残す以外のベースとなるコア層３−１ｂを除去する。この段階で、高屈折率部３−３とベースとなるコア３−１とによって構成される、本発明の平面導波路のコアがアンダー・クラッド２上に残る。
（ヌ）図２（チ）の状態でオーバー・クラッド４を形成する。これで、図７の構成の平面導波路が完成される。
【００８０】
先にも記載した通り、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１の中心に形成された屈折率が一定の高屈折率部３−３とより成るコアが挟み込まれている。そして、平面導波路の中心部で高屈折率部３−３の幅は一定であり、平面導波路の端面近傍で幅が徐々に小さくなってゆき、平面導波路の端面では高屈折率部３−３がなくなっている。
【００８１】
従って、ベースとなるコア３−１の屈折率を通常のコアの屈折率としておけば、平面導波路の中心部ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率より高くなっており、平面導波路の端面近傍でコアの等価屈折率が徐々に低下してゆき、平面導波路の端面ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率に等しくなる。
このため、平面導波路の中心部ではスポット・サイズが小さくなっていて、平面導波路が曲がっていても曲がり損失を小さくすることができる。従って、アレイ導波路型回折格子の入力導波路、チャネル導波路及び出力導波路に図７の構成の平面導波路を適用すれば、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路で生ずる曲がり損失を低下させることが可能になる。
【００８２】
一方、平面導波路の端面では、コアの等価屈折率は通常の屈折率に等しくなるので、スポット・サイズが中心部に比較して大きくなる。この、平面導波路の端面におけるスポット・サイズを光ファイバ等のスポット・サイズに等しくなるように設定することは容易であるので、アレイ導波路型回折格子における複数の結合部での結合損失を低下させることができる。
【００８３】
即ち、図７の構成の平面導波路によって、アレイ導波路型回折格子で生じていた矛盾する現象を一遍に解決することができ、アレイ導波路型回折格子で生ずる損失を低下させることができる。
さて、高屈折率部３−３をベースとなるコア３−１の中心部に形成することの利点は、伝送モードの対称性を確保することができる点にある。
【００８４】
又、平面導波路の端面近傍における高屈折率部の形状には既に説明した全ての形状を適用することができ、高屈折率部３−３の幅や厚さについては先にコメントした通りであり、高屈折率のベースとなるコア中に低屈折率部を設けることによっても同じ作用を得ることができることも先に記載した通りである。
図９は、本発明の平面導波路の第五の実施の形態で、平面導波路の側面から見た光路方向の断面図を図９（Ａ）に、平面導波路の上から見た平面図を図９（Ｂ）に、平面導波路の光路と直交する断面図を図９（Ｃ）及び図９（Ｄ）に示している。尚、図９（Ｃ）は、図９（Ｂ）におけるＰ−Ｐ’で切った断面図、図９（Ｄ）は、図９（Ｂ）におけるＱ−Ｑ’で切った断面図である。
【００８５】
図９において、１は基板、２はアンダー・クラッドである。３−１はベースとなるコア、３−３はベースとなるコア内に形成された高屈折率部で、ベースとなるコア３−１と高屈折率部３−３によって本発明の平面導波路のコアを構成する。又、４はオーバー・クラッドである。
図９の平面導波路の構成は、アンダー・クラッド２とオーバー・クラッド４の間に、ベースとなるコア３−１と、ベースとなるコア３−１の中心に形成された屈折率が一定の高屈折率部３−３とより成るコアが挟み込まれている。そして、平面導波路の中心部及び端面近傍で高屈折率部３−３の幅は一定である。更に、平面導波路の端面近傍のＲ−Ｓ部で高屈折率部を形成するための添加物の量が徐々に少なくなってゆき、平面導波路の端面では高屈折率部３−３がなくなっている。このように添加物の量を場所によって可変にするには、イオン・ビームを移動させるか平面導波路の基板を移動させるかに関係なく、イオン・ビームによって注入する添加物の量を時間によって変化させればよい。
【００８６】
従って、ベースとなるコアの屈折率を通常のコアの屈折率としておけば、平面導波路の中心部ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率より高くなっており、平面導波路の端面近傍でコアの等価屈折率が徐々に低下してゆき、平面導波路の端面ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率に等しくなる。
このため、平面導波路の中心部ではスポット・サイズが小さくなっていて、平面導波路が曲がっていても曲がり損失を小さくすることができる。従って、アレイ導波路型回折格子の入力導波路、チャネル導波路及び出力導波路に図９の構成の平面導波路を適用すれば、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路で生ずる曲がり損失を低下させることが可能になる。
【００８７】
一方、平面導波路の端面では、コアの等価屈折率は通常の屈折率に等しくなるので、スポット・サイズが中心部に比較して大きくなる。この、平面導波路の端面におけるスポット・サイズを光ファイバ等のスポット・サイズに等しくなるように設定することは容易であるので、アレイ導波路型回折格子における複数の結合部での結合損失を低下させることができる。
【００８８】
即ち、図９の構成の平面導波路によって、アレイ導波路型回折格子で生じていた矛盾する現象を一遍に解決することができ、アレイ導波路型回折格子で生ずる損失を低下させることができる。
ここで、高屈折率部３−３の幅や厚さについては先にコメントした通りであり、又、高屈折率部３−３の平面導波路の端面近傍における形状を既に説明したのと同じにすることもでき、更に、高屈折率のベースとなるコア中に低屈折率部を設けることによっても同じ作用を得ることができることも先に記載した通りである。
【００８９】
尚、図９の構成の平面導波路の製造プロセスでは、イオン注入量を場所に対して変化させるために、ＦＩＢ法の使用が望ましいが、図３の製造プロセスで説明した通りであるので、製造プロセスの図示は省略する。
以上で、平面導波路に関する本発明の技術の説明を終わりにして、以降は、アレイ導波路型回折格子に関する本発明の技術について記載する。
【００９０】
図１０は、本発明のアレイ導波路型回折格子の第一の実施の形態である。
図１０において、１１、１１ａ及び１１ｂ光ファイバ、１２はアレイ導波路型回折格子を構成するクラッド、１３はアレイ導波路型回折格子を構成する入力導波路のコア、１３−３は入力導波路のコア１３中の高屈折率部、１４は入力導波路からの光を分岐して入力されるチャネル導波路のコア、１４−３はチャネル導波路のコア中の高屈折率部、１５はチャネル導波路１４を伝搬する複数の波長の光を波長毎に出力する出力導波路のコア、１５−３は出力導波路中の高屈折率部、１６は入力導波路のコア１３からの光をチャネル導波路のコア１４に分岐するスラブ導波路、１７はチャネル導波路のコア１４からの光を波長毎に出力導波路のコア１５に分岐するスラブ導波路である。尚、図の煩雑化を避けるために、チャネル導波路のコア１４を３本とし、出力導波路のコア１５を２本として図示しているが、実際には、チャネル導波路のコア１４は数十本から数百本にのぼり、使用する波長数に応じて出力導波路のコア１５の本数が決まる。又、アレイ導波路型回折格子の機能については従来の技術で詳細に説明したので記載を省略する。
【００９１】
図１０の構成の特徴は、図１の構成の平面導波路を適用したことにある。従って、符号をふっていないベースとなるコアの屈折率を通常のコアの屈折率としておけば、平面導波路の中心部ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率より高くなっており、平面導波路の端面近傍でコアの等価屈折率が徐々に低下してゆき、平面導波路の端面ではコアの等価屈折率が通常のコアの屈折率に等しくなる。
【００９２】
このため、アレイ導波路型回折格子の入力導波路、チャネル導波路及び出力導波路に図１の構成の平面導波路を適用すれば、アレイ導波路型回折格子を構成する平面導波路で生ずる曲がり損失を低下させることが可能になる。
これと同時に、チャネル導波路及び出力導波路内の光のスポット・サイズはスラブ導波路との結合部に向かって広くなる効果がある。その結果、スラブ導波路で回折によって拡がった光が、スポット・サイズの大きいチャネル導波路及び出力導波路に効率よく導かれることになり、チャネル導波路及び出力導波路と２つのスラブ導波路との結合点における結合損失が低下する。
【００９３】
一方、平面導波路の端面では、コアの等価屈折率は通常の屈折率に等しくなるので、スポット・サイズが中心部に比較して大きくなる。この、平面導波路の端面におけるスポット・サイズを光ファイバ等のスポット・サイズに等しくなるように設定することは容易であるので、アレイ導波路型回折格子における複数の結合部での結合損失を低下させることができる。
【００９４】
ここでは、アレイ導波路型回折格子に図１の構成の平面導波路を適用することを想定して説明したが、図３、図４、図６、図７又は図９の構成の平面導波路を適用することも可能である。
図１１は、本発明のアレイ導波路型回折格子の第二の実施の形態である。
図１１において、１１、１１ａ及び１１ｂは光ファイバ、１２はアレイ導波路型回折格子を構成するクラッド、１３はアレイ導波路型回折格子を構成する入力導波路のコア、１４は入力導波路からの光を分岐して入力されるチャネル導波路のコア、１５はチャネル導波路１４を伝搬する複数の波長の光を波長毎に出力する出力導波路のコア、１６は入力導波路のコア１３からの光をチャネル導波路のコア１４に分岐するスラブ導波路、１６−４はスラブ導波路１６のチャネル導波路１４との結合部の両脇の部分に形成した低屈折率部、１７はチャネル導波路のコア１４からの光を波長毎に出力導波路のコア１５に分岐するスラブ導波路、１７−４はスラブ導波路１７のチャネル導波路１４及び出力導波路１５との結合部の両脇の部分に形成した低屈折率部である。
【００９５】
図１１の構成の特徴は、スラブ導波路１６及びスラブ導波路１７において、チャネル導波路１４及び複数の出力導波路１５との結合部の両脇の部分の光に対する屈折率が小さい領域を形成したことにある。これにより、２つのスラブ導波路のチャネル導波路及び出力導波路との結合部にて、スラブ導波路内を進む光をチャネル導波路及び出力導波路との結合部周辺に導く効果が得られ、チャネル導波路及び出力導波路と２つのスラブ導波路の結合点における結合損失を低下させることが可能になる。尚、低屈折率部については、図１１の例のように、チャネル導波路及び出力導波路との結合部に近いスラブ導波路のうち、チャネル導波路及び出力導波路に入射する経路の両脇等、光を導きたくない箇所に配置するのが好ましい。
【００９６】
そして、勿論、図１０の構成と図１１の構成とを合わせ持つ構成も可能である。 尚、図１０及び図１１では入力導波路が１本の例を図示したが、一般的にはアレイ導波路型回折格子における入力導波路の本数は１本には限定されない。
又、図１１には、２つのスラブ導波路に、複数のチャネル導波路及び複数の出力導波路との結合部において、該複数のチャネル導波路及び該複数の出力導波路との結合部の両脇の部分の光に対する屈折率を低下させた構成を設ける例を示しているが、一方のスラブ導波路に上記構成を設けてもよい。
【００９７】
更に、図１１には、１本の入力導波路との結合点においては光に対する屈折率を低下させた構成を設けない例を示しているが、ここにも光に対する屈折率を低下させた構成を設けることができる。
そして、必要に応じて、入力導波路、チャネル導波路、出力導波路との結合部を選択して上記構成を設けてもよい。
【００９８】
（付記１） 基板と、該基板の主面に形成された、アンダー・クラッドとコア及びオーバー・クラッドとから成り、該コアが該アンダー・クラッド及び該オーバー・クラッドの間に埋め込まれた構造の平面導波路であって、
該コアを、光に対して一定の屈折率を呈するベースとなるコアと、該ベースとなるコアとは屈折率が異なる異屈折率部とで構成し、
平面導波路の端面近傍において、該コアの光に対する等価屈折率を光の伝搬方向に沿って端面に向かって徐々に変化させる、光のスポット・サイズ変換部を設けた
ことを特徴とする平面導波路。
【００９９】
（付記２） 付記１に記載の平面導波路であって、
上記平面導波路の端面近傍において、上記コアの光に対する屈折率を光の伝搬方向に沿って端面に向かって徐々に低下させる、光のスポット・サイズ変換部を設けた
ことを特徴とする平面導波路。
【０１００】
（付記３） 付記２に記載の平面導波路であって、
上記ベースとなるコアを、所定の屈折率の二酸化シリコンを主成分とするコアとし、
上記平面導波路の中心部において、該ベースとなるコア中に、該所定の屈折率より大きい屈折率とする添加物を所定量イオン注入し、
該平面導波路の端面近傍において、光の伝搬方向に沿って該添加物の量を徐々に減少させた
ことを特徴とする平面導波路。
【０１０１】
（付記４） 入力導波路と、チャネル導波路と、出力導波路と、該二鵜力導波路と該チャネル導波路とを結合する第一のスラブ導波路と、該チャネル導波路と該出力導波路とを結合する第二のスラブ導波路とを備えるアレイ導波路型回折格子であって、
該入力導波路と該チャネル導波路と該出力導波路に、付記１乃至付記３のいずれかに記載の平面導波路を適用した
ことを特徴とするアレイ導波路型回折格子。
【０１０２】
（付記５） 入力導波路と、チャネル導波路と、出力導波路と、該入力導波路と該チャネル導波路とを結合する第一のスラブ導波路と、該チャネル導波路と該出力導波路とを結合する第二のスラブ導波路とを備えるアレイ導波路型回折格子であって、
該第一のスラブ導波路又は該第二のスラブ導波路において、該入力導波路又は該チャネル導波路又は該出力導波路との結合部の両脇の部分の光に対する屈折率を低下させた構成を有することを特徴とするアレイ導波路型回折格子。
【０１０３】
（付記６） 付記２に記載の平面導波路であって、
ベースとなるコアを、屈折率が所定値より大きい、二酸化シリコンを主成分とするコアとし、
該平面導波路の端面近傍において、屈折率を低下させる添加物を、該添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に増加させてイオン注入した
ことを特徴とする平面導波路。
【０１０４】
（付記７） 付記３に記載の平面導波路であって、
上記平面導波路の端面近傍において、光の伝搬方向に沿って該添加物の量を端面に向かって徐々に減少させるために、イオン注入する幅、イオン注入する厚さ、イオン注入する添加物の濃度のいずれかを徐々に減少させた
ことを特徴とする平面導波路。
【０１０５】
（付記８） 付記６に記載の平面導波路であって、
上記平面導波路の端面近傍において、屈折率を低下させる添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に増加させるために、イオン注入する幅、イオン注入する厚さ、イオン注入する添加物の濃度のいずれかを徐々に増加させた
ことを特徴とする平面導波路。
【０１０６】
（付記９） 付記４及び付記５に記載の構成を併せ持つ
ことを特徴とするアレイ導波路型回折格子。
【０１０７】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明により、平面導波路の端面近傍において、該コアの光に対する屈折率が光の伝搬方向に沿って徐々に変化して光のスポット径が光の伝搬方向に沿って徐々に変化する平面導波路、及び、損失が少ないアレイ導波路型回折格子を実現することができる。
【０１０８】
即ち、第一の発明によれば、コアを、光に対して一定の屈折率を呈するベースとなるコアと、該ベースとなるコアとは屈折率が異なる異屈折率部とで構成し、平面導波路の端面近傍において、該異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に変化させるので、平面導波路の中心部と端面部とで光のスポット・サイズを異ならせることができる。
【０１０９】
又、第二の発明によれば、平面導波路の端面近傍において、異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に低下させるので、該平面導波路の中心部ではスポット・サイズを小さく、端面部ではスポット・サイズを中心部より大きくすることができる。
又、第三の発明によれば、ベースとなるコアを、通常の屈折率の二酸化シリコンを主成分とするコアとし、平面導波路の中心部において、異屈折率部の屈折率を所定の屈折率より大きい屈折率とする添加物を所定量イオン注入し、該平面導波路の端面近傍において、該異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に低下させるので、該平面導波路の中心部ではスポット・サイズを小さくして該コアの曲がりによる損失を低下させ、該平面導波路の端面ではスポット・サイズを光ファイバと同程度にして平面導波路と光ファイバとの結合部における結合損失を低下させることができる。
【０１１０】
又、第四の発明によれば、入力導波路のコアとチャネル導波路と該出力導波路に、第一の発明乃至第三の発明のいずれかの平面導波路を適用するので、アレイ導波路型回折格子内及びアレイ導波路型回折格子と他の光伝搬要素との結合部における損失を低下させることができる。
更に、第五の発明によれば、第一のスラブ導波路又は第二のスラブ導波路において、入力導波路又はチャネル導波路のコア又は出力導波路のコアとの結合部の両脇の部分の光に対する屈折率を低下させた構成を有するので、該第一のスラブ導波路及び該第二のスラブ導波路において、該入力導波路、該チャネル導波路、該出力導波路のコアとの結合部における損失を低下させることができる。
【０１１１】
これにより、光伝送システムを構成する光伝送装置の小型化と低コスト化と低損失化を実現できるようになり、特に、加入者系の光伝送システムの導入を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の平面導波路の第一の実施の形態。
【図２】図１の平面導波路の製造プロセス。
【図３】本発明の平面導波路の第一の実施の形態の変形。
【図４】本発明の平面導波路の第二の実施の形態。
【図５】図４の構成の平面導波路の製造プロセス。
【図６】本発明の平面導波路の第三の実施の形態。
【図７】本発明の平面導波路の第四の実施の形態。
【図８】図７の構成の平面導波路の製造プロセス。
【図９】本発明の平面導波路の第五の実施の形態。
【図１０】本発明のアレイ導波路型回折格子の第一の実施の形態。
【図１１】本発明のアレイ導波路型回折格子の第二の実施の形態。
【図１２】平面導波路の通常の製造プロセス。
【図１３】従来のアレイ導波路型回折格子の構成。
【符号の説明】
１ 基板
２ アンダー・クラッド
３ コア
３ａ コア層
３−１ ベースとなるコア
３−１ａ ベースとなるコア層
３−１ｂ ベースとなるコア層
３−１ｃ ベースとなるコア層
３−３ 高屈折率部
３−４ 低屈折率部
４ オーバー・クラッド
５ マスク
５ａ マスク剤
１１ 光ファイバ
１１ａ 光ファイバ
１１ｂ 光ファイバ
１２ クラッド
１３ 入力導波路のコア
１４ チャネル導波路のコア
１５ 出力導波路のコア
１６ スラブ導波路
１７ スラブ導波路
１３−３ 高屈折率部
１４−３ 高屈折率部
１５−３ 高屈折率部
１６−４ 低屈折率部
１７−４ 低屈折率部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a planar waveguide and an arrayed waveguide type diffraction grating, and particularly, in the vicinity of an end face of a planar waveguide, the refractive index of the core with respect to light gradually changes along the light propagation direction, and the light spot The present invention relates to a planar waveguide whose diameter gradually changes along the light propagation direction, and an arrayed waveguide type diffraction grating having a small loss.
[0002]
In recent years, with the rapid spread of the Internet, traffic including data, images, and voices has increased rapidly. In addition, with the spread of FTTH (Fiber To The Home) or FTTC (Fiber To The Curv), particularly, the image has increased. Traffic is expected to further increase.
On the other hand, it has been recommended to increase the speed and capacity of an optical transmission system regardless of the above trends. However, in order to quickly cope with a sudden increase in traffic, a wavelength division multiplexing optical transmission system (abbreviated as “WDM transmission system”) has been proposed. WDM is an abbreviation for Wavelength Division Multiplexing. ) Is recommended at the grade pitch.
[0003]
By the way, the wavelength division multiplexing optical transmission system has begun to be introduced from the trunk transmission line. (Metropolitan Network) is also planned to be introduced.
In such an intra-city communication network, the transmission distance is shorter than the trunk transmission line (the shortest can be 100 m steps (a few) times, and the longest is 10 km number (a few) times). Therefore, the ratio of the cost of the optical transmission device arranged at the transmission node to the system cost increases. In addition, an optical transmission device connected to a home terminal device is also required.
[0004]
Therefore, when introducing a wavelength division multiplexing optical transmission system into an intra-city communication network, it is strongly required to reduce the cost of the optical transmission device, and it is essential to reduce the cost of various optical circuits used in the optical transmission device.
In an optical circuit, it is necessary to perform optical axis alignment in a submicron system, which is a major cause of an increase in the cost of the optical circuit. In order to solve this problem, integration using a planar lightwave circuit (often abbreviated as “PLC” for Planar Lightwave Circuit) has been promoted. When a planar lightwave circuit is applied, a large number of planar waveguides can be formed on a substrate, and collective alignment with an optical fiber array can be performed. Since a chip can be formed, manufacturing costs and adjustment costs can be reduced.
[0005]
The planar lightwave circuit is widely used for branching and coupling of light, level adjustment, wavelength division multiplexing and wavelength separation, and optical switches. It is important to reduce the transmission loss with miniaturization.
[0006]
[Prior art]
FIG. 12 shows an example of a normal manufacturing process of a planar waveguide.
In FIG. 12, 1 is a substrate, 2 is an under clad, 3a is a core layer, 5a is a masking agent, 5 is an exposed and developed mask, 3 is a core, and 4 is an over clad. Typically, silicon is used for the substrate, and the main components of the under cladding, the core, and the over cladding are silicon dioxide.
[0007]
First, (a) an under clad 2 mainly composed of silicon dioxide is formed on a substrate 1 made of silicon by a CVD method or a flame deposition method (here, CVD is an abbreviation of Chemical Vapor Deposition). (B) On the under clad 2, a core layer 3a containing silicon dioxide as a main component is formed.
Incidentally, the thickness of the under clad 2 must be such that the mode distribution of light propagating through the core does not reach the substrate 1 in order to reduce the transmission loss of the planar waveguide. In a planar waveguide having a relative refractive index difference of about 0.5% expressed by dividing the difference between the refractive indexes of the core and the cladding with respect to the light by the refractive index of the core, it is required to be about 20 μm.
[0008]
Further, the thickness of the core layer 3a needs to be such that light propagating in the core becomes a single mode, and is set to about 7 μm when the relative refractive index difference is 0.5%.
Note that a flame deposition method may be applied to the formation of the under cladding 2 and the core layer 3a.
[0009]
Next, (c) a masking agent 5a is applied on the core layer 3a, and (d) the pattern of the core is transferred onto the masking agent 5 and exposed and developed to leave only the exposed and developed pattern of the mask 5a. , (E) CHF 3 RIE using etching gas such as
An unnecessary core layer is removed by a (Reactive Ion Etching) method to form the core 3.
[0010]
Next, (f) the over cladding 4 is formed so as to cover the core 3 and the under cladding 2.
It should be noted that the means for forming the material different from those used for forming the under clad 2, the core layer 3a, and the over clad are well known to those skilled in the art, and thus detailed descriptions thereof are omitted.
[0011]
The fundamental point of the planar waveguide formed in this way is to concentrate the light propagation mode near the core 3 in order to reduce the transmission loss. Therefore, it is important to control the refractive index difference. become. Patent Literature 1, that is, JP-A-5-34527 discloses a technique for precisely controlling the relative refractive index difference. Patent Literature 2, that is, JP-A-5-181331 discloses A technique of adding boron (B), phosphorus (P), fluorine (F), or the like to increase the relative refractive index difference is disclosed.
[0012]
FIG. 13 shows a configuration of a conventional arrayed waveguide type diffraction grating.
In FIG. 13, 11, 11a and 11b are optical fibers, 12 is a clad forming an arrayed waveguide type diffraction grating, 13 is a core of an input waveguide forming an arrayed waveguide type diffraction grating, and 14 is a signal from the input waveguide. A channel waveguide core for splitting and inputting light, 15 is a core of an output waveguide for outputting light of a plurality of wavelengths propagating through the channel waveguide 14 for each wavelength, and 16 is a core of the input waveguide core 13. A slab waveguide 17 branches light to the channel waveguide core 14, and a slab waveguide 17 branches light from the channel waveguide core 14 to the output waveguide core 15 for each wavelength. In addition, in order to avoid complication of the figure, three cores 14 of the channel waveguide and two cores 15 of the output waveguide are shown, but in reality, the core 14 of the channel waveguide may have several cores. Ten to several hundred. The number of output waveguide cores 15 is determined according to the number of output wavelengths used. FIG. 13 shows an example in which one input waveguide is provided. However, in general, the number of input waveguides in an arrayed waveguide type diffraction grating is not limited to one.
[0013]
The light input from the optical fiber 11 is light obtained by wavelength multiplexing light of a plurality of wavelengths, is coupled to the core 13 of the input waveguide, is guided into the arrayed waveguide type diffraction grating, and is connected to the core 13 of the input waveguide. Is coupled to the slab waveguide 16. The coupling portion between the input waveguide of the slab waveguide 16 and the core 13 is equivalent to a slit for light, and the light coupled to the slab waveguide 16 spreads and propagates in the slab waveguide 16 due to a diffraction phenomenon, and a channel conduction occurs. Coupled to the core 14 of the waveguide. Therefore, the wavelength-multiplexed light propagating in the core 13 of the input waveguide is split by the slab waveguide 16 and propagates in the core 14 of the channel waveguide.
[0014]
Wavelength-multiplexed light of a plurality of wavelengths undergoes a different phase change in the cores 14 of the respective channel waveguides, and as shown in FIG. Due to the phase difference, the wavelength-multiplexed light propagating in the cores 14 of the respective channel waveguides causes interference in the slab waveguide 17. If the difference between the lengths of the cores 14 of the channel waveguides and the distance between the cores 15 of the respective output waveguides at the connection point between the slab waveguide 17 and the core 15 of the output waveguide are appropriately set, the wavelengths differ for each wavelength. The output waveguide core 15 has an intensity peak, and is coupled to the output waveguide core 15 that differs for each wavelength.
[0015]
That is, the wavelength-multiplexed light that has propagated through the core 13 of the input waveguide is separated into the output waveguide cores 15 that differ for each wavelength. When wavelength-multiplexed light is input, light separated for each wavelength is obtained from the core 15 of each output waveguide.
Conversely, when lights having different wavelengths are input from the cores 15 of the respective output waveguides, the wavelength-multiplexed light propagates through the cores 14 of the respective channel waveguides due to interference generated in the slab waveguide 17, and Light propagating through the cores 14 of all the channel waveguides in the slab waveguide 16 is coupled to the core 13 of the input waveguide and output.
[0016]
That is, the arrayed waveguide type diffraction grating of FIG. 13 functions as a wavelength separation element that outputs wavelength-separated light to the optical fibers 11a and 11b when wavelength-multiplexed light is input from the optical fiber 11 side. When light of different wavelengths is input from the optical fibers 11a and 11b, the optical fiber 11 functions as a wavelength multiplexing element for outputting wavelength-multiplexed light.
[0017]
Therefore, the arrayed waveguide type diffraction grating has a function of branching the wavelength-multiplexed light to the cores 15 of the respective output waveguides and multiplexing light of independent wavelengths to the core 13 of the input waveguide without wavelength dependence. The function is important, and these are disclosed in Patent Document 3, that is, JP-A-2000-147281, and Patent Document 4, that is, JP-A-2001-174653.
[0018]
By the way, in the configuration of the arrayed waveguide type diffraction grating of FIG. 13, the length of the core of each channel waveguide is made different in order to give a different phase change for each wavelength to the core of the channel waveguide. The cores of all the channel waveguides may be formed to have the same length by changing the refractive index of the core 14 of each channel waveguide with respect to light. However, while the former can form the core of the channel waveguide in one process, the latter can change the amount and combination of additives for each core of each channel waveguide, and change the channel waveguide one by one. Since it is necessary to form the core of the channel waveguide, it is usual to form the core of the channel waveguide by making the length of each core different and keeping the refractive index constant.
[0019]
[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open Publication No. 5-34527
[0020]
[Patent Document 2] JP-A-5-181031
[0021]
[Patent Document 3] Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2000-147281
[0022]
[Patent Document 4] Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2001-174653
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the ordinary arrayed waveguide grating, the refractive index is made constant by making the length of the core of each channel waveguide different. For this purpose, as shown in FIG. 13, it is necessary to bend the core 13 of the input waveguide, the core 14 of the channel waveguide, and the core 15 of the output waveguide.
[0024]
When a core is bent in an optical fiber or a planar waveguide, a change occurs in a light propagation mode at a bent portion, and a bending loss occurs. Since the bending loss is smaller as the relative refractive index difference between the core and the clad is larger, the relative refractive index difference is set to about 0.8% or more in the planar waveguide constituting the arrayed waveguide type diffraction grating, and the bending loss is reduced. We try to reduce loss.
[0025]
However, under the condition that the relative refractive index difference is large, only the light propagation mode exists in the planar waveguide, that is, in order to become a single mode, the spot size of the light propagation mode needs to be small. Typically, the spot size of a planar waveguide is as small as 6 microns, compared to the spot size of 10 microns for a typical optical fiber. As described above, if there is a difference in spot size between the optical fiber and the planar waveguide, the coupling loss at the coupling portion between the optical fiber and the planar waveguide increases irrespective of the light propagation direction.
[0026]
That is, in the arrayed waveguide type diffraction grating, when the relative refractive index difference between the core and the clad of the planar waveguide is increased to reduce the bending loss, the coupling loss between the arrayed waveguide type grating and the optical fiber increases. A contradictory phenomenon occurs.
Also, the coupling loss at the joint between the core of the slab waveguide and the core of the channel waveguide and the joint between the core of the slab waveguide and the core of the output waveguide constituting the arrayed waveguide type diffraction grating cannot be neglected.
[0027]
The present invention has been made in view of the above problems, and in the vicinity of the end face of a planar waveguide, the refractive index of the core with respect to light gradually changes along the light propagation direction so that the spot diameter of the light gradually increases along the light propagation direction. It is an object of the present invention to provide an arrayed waveguide type diffraction grating having a small planar waveguide and a small loss.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
The first invention comprises a substrate, formed on a main surface of the substrate, an under cladding, a core and an over cladding, and the core is embedded between the under cladding and the over cladding. A planar waveguide having a structure, wherein the core is composed of a base core having a constant refractive index with respect to light and a different refractive index portion having a different refractive index from the base core. A planar waveguide characterized in that the amount of an additive in the different refractive index portion is gradually changed in the vicinity of the end face of the waveguide toward the end face along the light propagation direction.
[0029]
According to the first aspect, the core is constituted by a core serving as a base having a constant refractive index with respect to light, and a different refractive index portion having a different refractive index from the core serving as the base. In the vicinity of the end face of the waveguide, the amount of the additive in the different refractive index portion is gradually changed along the light propagation direction, so that the spot size of the light differs between the center part and the end face part of the planar waveguide. Can be.
[0030]
A second invention is the planar waveguide according to the first invention, wherein the amount of the additive in the different refractive index portion is gradually increased toward the end surface along the light propagation direction near the end surface of the plane waveguide. This is a planar waveguide characterized by being reduced to:
According to the second invention, in the vicinity of the end face of the planar waveguide, in the vicinity of the end face of the planar waveguide, the amount of the additive of the different refractive index portion is gradually reduced along the light propagation direction. The spot size can be smaller at the center of the planar waveguide and larger at the end face than at the center.
[0031]
A third invention is the planar waveguide according to the second invention, wherein the core serving as the base is a core containing silicon dioxide having a normal refractive index as a main component. A predetermined amount of an additive having a refractive index of the different refractive index portion larger than the predetermined refractive index is ion-implanted, and near the end face of the planar waveguide, the amount of the additive of the different refractive index portion is reduced by light. This is a planar waveguide characterized by being gradually lowered along the propagation direction.
[0032]
According to the third invention, the core serving as the base is a core mainly composed of silicon dioxide having a normal refractive index, and the refractive index of the different refractive index portion is set at the predetermined value at the center of the planar waveguide. A predetermined amount of an additive having a refractive index larger than the refractive index is ion-implanted, and near the end face of the planar waveguide, the amount of the additive in the different refractive index portion is gradually reduced along the light propagation direction. In the central portion of the planar waveguide, the spot size is reduced to reduce the loss due to bending of the core, and at the end face of the planar waveguide, the spot size is made substantially the same as that of the optical fiber. The coupling loss at the coupling portion with the substrate can be reduced.
[0033]
A fourth invention provides an input waveguide, a channel waveguide, an output waveguide, a first slab waveguide coupling the input waveguide and the channel waveguide, the channel waveguide and the output. An array waveguide type diffraction grating comprising a second slab waveguide for coupling a waveguide, wherein the input waveguide, the channel waveguide, and the output waveguide are provided with a first invention to a third invention. An arrayed waveguide type diffraction grating characterized by applying any one of the planar waveguides.
[0034]
According to the fourth aspect, the planar waveguide according to any one of claims 1 to 4 is applied to the input waveguide, the channel waveguide, and the output waveguide. The loss in the grating and at the joint between the arrayed waveguide type diffraction grating and another light propagation element can be reduced.
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an input waveguide, a channel waveguide, an output waveguide, a first slab waveguide connecting the input waveguide and the channel waveguide, the channel waveguide and the output waveguide. An array waveguide type diffraction grating comprising: a second slab waveguide that couples a waveguide with the input waveguide or the channel waveguide, in the first slab waveguide or the second slab waveguide. An arrayed waveguide type diffraction grating having a configuration in which the refractive index for light at both sides of a coupling portion with the output waveguide is reduced.
[0035]
According to the fifth aspect, in the first slab waveguide or the second slab waveguide, light at both sides of a coupling portion with the input waveguide, the channel waveguide, or the output waveguide. In the first slab waveguide and the second slab waveguide, the input waveguide, the channel waveguide, and the loss at the coupling portion with the output waveguide are reduced. Can be reduced.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the technique of the planar waveguide and the arrayed waveguide type diffraction grating of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of a planar waveguide according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view in the optical path direction viewed from a side surface of the planar waveguide. 1B and FIG. 1C and FIG. 1D are cross-sectional views orthogonal to the optical path of the planar waveguide. Note that FIG. 1C is a cross-sectional view taken along a line PP ′ in FIG. 1B, and FIG. 1D is a cross-sectional view taken along a line QQ ′ in FIG. 1B.
[0037]
In FIG. 1, 1 is a substrate, and 2 is an under clad. Reference numeral 3-1 denotes a base core, and reference numeral 3-3 denotes a high refractive index portion formed in the base core. The planar waveguide of the present invention is formed by the base core 3-1 and the high refractive index portion 3-3. Of the core. 4 is an over cladding. Note that a straight line in the over cladding 4 in FIG. 1A is a portion of the over cladding 4 formed on the core in order to express that the over cladding 4 does not become flat due to the influence of the thickness of the core. And the boundary of the portion of the over-cladding 4 formed at the place where there is no core. Note that the upper surface of the over cladding 4 may become flat depending on the process conditions.
[0038]
That is, the configuration of the planar waveguide in FIG. 1 is such that the refractive index formed between the under cladding 2 and the over cladding 4 and the core 3-1 serving as a base and the upper portion inside the core 3-1 serving as a base are different. A core composed of a constant high refractive index portion 3-3 is sandwiched. The thickness of the high-refractive-index portion 3-3 is constant, and the width of the high-refractive-index portion 3-3 is constant at the center of the planar waveguide and gradually decreases near the end face of the planar waveguide. As a result, the high-refractive-index portion 3-3 is eliminated at the end face of the planar waveguide.
[0039]
FIG. 2 shows a manufacturing process of the planar waveguide having the configuration of FIG.
In FIG. 2, 1 is a substrate, 2 is an under clad, 3-1 is a base core, 3-1a is a base core layer, 3-3 is a high refractive index portion, 4 is an over clad, and 5 is an over clad. The exposed and developed mask, 6 is an etching mask.
The steps from forming the under cladding 2 on the substrate 1, forming the base core layer 3-1a on the under cladding 2, and applying the masking agent 5a on the base core layer are shown in FIG. Since FIG. 2A to FIG. 12C are the same, the above steps are omitted in FIG. The subsequent steps are as follows.
[0040]
(D) The mask 5 is formed by exposing and developing the mask 5a. In FIG. 12 (d) showing a conventional manufacturing process of a planar waveguide, the masking agent 5a covers the core 3, but here, only the portion forming the high refractive index portion 3-3 is removed. It should be noted that it was formed.
(E) In the state of FIG. 12 (d), ions are implanted from above the drawing to form the high refractive index portion 3-3. Since the ion implantation is for increasing the refractive index, germanium ions are implanted, for example.
[0041]
(F) The masking agent 5a is removed.
(G) An etching mask 6 is formed so as to cover a part of the core layer 3-1a serving as a base and the high refractive index portion 3-3. Note that the width of the etching mask 6 is substantially equal to the width of the portion left as the core 3-1 serving as the base. Note that, depending on the etching conditions, the width of the portion left as the core 3-1 serving as the base may be reduced. In this case, it is preferable to increase the width of the etching mask 6 by the reduced amount.
[0042]
(H) The core layer 3-1a serving as the base other than the core layer 3-1 serving as the base is removed by etching. At this stage, the core of the planar waveguide of the present invention, which is composed of the high refractive index portion 3-3 and the core 3-1 as a base, remains on the under clad 2.
(I) The over cladding 4 is formed in the state shown in FIG. Thus, the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 1 is completed.
[0043]
As described above, in the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 1, the core 3-1 serving as a base is formed between the under cladding 2 and the over cladding 4, and the inside of the core 3-1 serving as the base is formed. A high refractive index portion 3-3 having a constant refractive index is formed at an upper portion. The thickness of the high-refractive-index portion 3-3 is constant, the width of the high-refractive-index portion 3-3 is constant at the center of the planar waveguide, and decreases in the vicinity of the end face of the planar waveguide. On the end face of the planar waveguide, the high refractive index portion 3-3 is missing.
[0044]
Therefore, if the refractive index of the core serving as the base is set as the refractive index of the normal core, the equivalent refractive index of the core is higher than the refractive index of the normal core at the center of the planar waveguide, and the end face of the planar waveguide In the vicinity, the equivalent refractive index of the core gradually decreases, and at the end face of the planar waveguide, the equivalent refractive index of the core becomes equal to that of a normal core.
For this reason, the spot size is small at the center of the planar waveguide, and even if the planar waveguide is bent, the bending loss can be reduced. Therefore, if the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 1 is applied to the input waveguide, the channel waveguide, and the output waveguide of the arrayed waveguide grating, the bending loss generated in the planar waveguide constituting the arrayed waveguide grating is reduced. Can be reduced.
[0045]
On the other hand, at the end face of the planar waveguide, the equivalent refractive index of the core becomes equal to the ordinary refractive index, so that the spot size becomes larger than that at the center. Since it is easy to set the spot size at the end face of the planar waveguide to be equal to the spot size of an optical fiber or the like, the coupling loss at a plurality of coupling portions in the arrayed waveguide type diffraction grating is reduced. Can be done.
[0046]
That is, with the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 1, the contradictory phenomenon occurring in the arrayed waveguide type diffraction grating can be uniformly solved, and the loss generated in the arrayed waveguide type diffraction grating can be reduced.
1 and 2 show an example in which the width of the high refractive index portion 3-3 is smaller than the width of the core 3-1 serving as a base. Depending on the type and amount, the high refractive index portion 3-3 may be formed over the entire width of the base core 3-1 or may be formed over the entire thickness of the base core 3-1. May be formed. This is the same in other embodiments described below.
[0047]
In the above manufacturing process, an ion implantation method of irradiating the entire surface of the wafer with an ion beam is assumed. In addition to the above-described type, the ion beam is focused on a specific portion of the wafer. There is a FIB (Focused Ion Beam) method in which the ion beam is scanned on the wafer surface to implant ions in a pattern, and it is needless to say that the FIB method can be applied to the manufacturing process of the main planar waveguide of the present invention. . When the FIB method is applied, in the manufacturing process shown in FIG. 2, a mask generation step (d) for ion implantation and a mask removal step (f) are omitted, and FIG. The pattern of the high refractive index portion 3-3 having the cross-sectional shape shown in FIG.
[0048]
FIG. 3 is a modification of the first embodiment of the planar waveguide of the present invention. FIG. 3A is a cross-sectional view in the optical path direction viewed from the side surface of the planar waveguide. FIG. 3B is a plan view, and FIGS. 3C and 3D are cross-sectional views orthogonal to the optical path of the planar waveguide. FIG. 3C is a cross-sectional view taken along line PP ′ in FIG. 3B, and FIG. 3D is a cross-sectional view taken along line QQ ′ in FIG. 3B.
[0049]
In FIG. 3, 1 is a substrate, and 2 is an under clad. Reference numeral 3-1 denotes a base core, and reference numeral 3-4 denotes a low refractive index portion formed in the base core. The planar waveguide of the present invention is formed by the base core 3-1 and the low refractive index portion 3-4. Of the core. 4 is an over cladding. Note that the straight line in the over clad 4 in FIG. 3A is a portion of the over clad 4 formed on the core in order to express that the over clad 4 is not flat due to the influence of the thickness of the core. And the boundary of the portion of the over-cladding 4 formed at the place where there is no core.
[0050]
In order to form the low refractive index portion 3-4, for example, fluorine ions may be implanted into the base core.
That is, the configuration of the planar waveguide in FIG. 3 is such that the refractive index formed between the under cladding 2 and the over cladding 4 and the core 3-1 serving as a base and the upper part in the core 3-1 serving as a base are different. A core composed of a fixed low refractive index portion 3-4 is sandwiched. The thickness of the low-refractive-index portion 3-4 is constant, and the width of the low-refractive-index portion 3-4 is 0 at the center of the planar waveguide and gradually increases near the end face of the planar waveguide. As a result, the low-refractive-index portion 3-4 can be seen at the end face of the planar waveguide.
[0051]
Therefore, if the refractive index of the core serving as the base is made higher than the refractive index of the normal core, the equivalent refractive index of the core gradually decreases from the refractive index of the central portion near the end face of the planar waveguide. Then, it is easy to make the equivalent refractive index of the core equal to the refractive index of the normal core at the end face of the planar waveguide.
For this reason, the spot size is small at the center of the planar waveguide, and even if the planar waveguide is bent, the bending loss can be reduced. Therefore, if the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 3 is applied to the input waveguide, the channel waveguide, and the output waveguide of the arrayed waveguide grating, the bending loss generated in the planar waveguide constituting the arrayed waveguide grating is reduced. Can be reduced.
[0052]
On the other hand, at the end face of the planar waveguide, the equivalent refractive index of the core becomes equal to the ordinary refractive index, so that the spot size becomes larger than that at the center. Since it is easy to set the spot size at the end face of the planar waveguide to be equal to the spot size of an optical fiber or the like, the coupling loss at a plurality of coupling portions in the arrayed waveguide type diffraction grating is reduced. Can be done.
[0053]
That is, with the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 3, the contradictory phenomenon occurring in the arrayed waveguide type diffraction grating can be uniformly solved, and the loss generated in the arrayed waveguide type diffraction grating can be reduced.
Now, in FIG. 3, an example in which the width of the low refractive index portion 3-4 is smaller than the width of the core 3-1 serving as a base has been described, but the type and amount of ions implanted into the low refractive index portion 3-4 have been described. In some cases, the low-refractive-index portion 3-4 may be formed over the entire width of the base core 3-1. Further, the low-refractive-index portion 3-4 may be formed over the entire thickness of the base core 3-1. You may.
[0054]
The manufacturing process of the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 3 and the manufacturing process of the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 1 are different from each other in that an opening of a mask for forming a high refractive index portion and a low refractive index portion are formed. Since the other portions are the same except for the position of the opening of the mask, the illustration of the manufacturing process is omitted.
FIG. 4 is a plan view of a planar waveguide according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4A is a sectional view of the planar waveguide viewed from the side, viewed from the side of the planar waveguide. 4 (B) is shown in FIG. 4 (B), and sectional views orthogonal to the optical path of the planar waveguide are shown in FIGS. 4 (C) and 4 (D). 4C is a cross-sectional view taken along line PP ′ in FIG. 4B, and FIG. 4D is a cross-sectional view taken along line QQ ′ in FIG. 4B.
[0055]
Although the configuration of FIG. 4 and the configuration of FIG. 1 are essentially the same, the configuration of the high-refractive-index portion 3-3 is different.
In FIG. 4, 1 is a substrate, and 2 is an under clad. Reference numeral 3-1 denotes a base core, and reference numeral 3-3 denotes a high refractive index portion formed in the base core. The planar waveguide of the present invention is formed by the base core 3-1 and the high refractive index portion 3-3. Of the core. 4 is an over cladding.
[0056]
That is, the configuration of the planar waveguide of FIG. 4 is such that the refractive index formed between the under cladding 2 and the over cladding 4 and the core 3-1 serving as the base and the upper part of the core 3-1 serving as the base are different. A core composed of a constant high refractive index portion 3-3 is sandwiched. The width of the high-refractive-index portion 3-3 is constant, the thickness of the high-refractive-index portion 3-3 is constant at the center of the planar waveguide, and the thickness gradually decreases near the end face of the planar waveguide. As a result, the high refractive index portion 3-3 disappears at the end face of the planar waveguide.
[0057]
FIG. 5 shows a manufacturing process of the planar waveguide having the configuration of FIG. This is essentially the same as the manufacturing process of the configuration shown in FIG. 1, but since the shape of the mask is different corresponding to the shape of the high refractive index portion 3-3, all necessary parts will be described. . FIG. 5 mainly shows a cross-sectional view as viewed from the side surface of the planar waveguide, and in some steps, also shows a cross-sectional view perpendicular to the optical path at the center of the planar waveguide.
[0058]
In FIG. 5, reference numeral 1 denotes a substrate, 2 denotes an under clad, 3-1 denotes a base core, 3-1a denotes a base core layer, 3-3 denotes a high refractive index portion, 4 denotes an over clad, and 5 denotes an over clad. The exposed and developed mask, 6 is an etching mask.
The steps from forming the under cladding 2 on the substrate 1, forming the base core layer 3-1a on the under cladding 2, and applying the masking agent on the base core layer are shown in FIG. Since the steps are the same as those shown in FIGS. 12A to 12C, the above steps are omitted in FIG. The subsequent steps are as follows.
[0059]
(D) The mask 5 is formed by exposing and developing the mask 5a. Here, since the mask 5 is formed by removing only the portion where the high refractive index portion 3-3 is formed, and there is a portion where the thickness of the high refractive index portion 3-3 is variable. Note that there are some places where the thickness of the mask changes. The thickness of the mask can be varied by exposing the photoresist using a photomask whose light transmittance changes gradually.
[0060]
(E) In the state of FIG. 5 (d), ions are implanted from above the drawing to form the high refractive index portion 3-3. Since the ion implantation is for increasing the refractive index, germanium ions are implanted, for example. Then, the thickness of the high refractive index portion 3-3 can be variably controlled in a portion where the thickness of the mask changes.
(F) The mask 5 is removed.
[0061]
(G) From here on, a cross-sectional view perpendicular to the optical path at the center of the planar waveguide is also shown. An etching mask 6 is formed so as to cover a part of the base core layer 3-1a and the high refractive index portion 3-3. Note that the width of the etching mask 6 is substantially equal to the width of the portion left as the core 3-1 serving as the base.
(H) The core layer 3-1a serving as the base other than the core layer 3-1 serving as the base is removed by etching. At this stage, the core of the planar waveguide of the present invention, which is composed of the high refractive index portion 3-3 and the core 3-1 as a base, remains on the under clad 2.
[0062]
(I) The over cladding 4 is formed in the state shown in FIG. Thus, the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 4 is completed.
In the above manufacturing process, an ion implantation method of irradiating the entire surface of the wafer with an ion beam is assumed. However, it is needless to say that the FIB method can be applied to the manufacturing process of the planar waveguide of the present invention. In the case where the FIB method is applied, in the manufacturing process shown in FIG. 5, a mask generation step (d) for ion implantation and a mask removal step (f) are omitted, and FIG. The pattern of the high refractive index portion 3-3 having the cross-sectional shape shown in FIG. In particular, in a portion where the thickness of the high refractive index portion 3-3 changes, the ion acceleration energy is increased by increasing the ion acceleration energy in a portion where the high refractive index portion 3-3 is thick and by decreasing the ion acceleration energy in a portion where the high refractive index portion 3-3 is thin. Scan while scanning.
[0063]
As described above, the configuration of the planar waveguide of FIG. 4 is formed between the under cladding 2 and the over cladding 4 on the core 3-1 serving as a base and the upper part in the core 3-1 serving as a base. And a high refractive index portion 3-3 having a constant refractive index. The width of the high-refractive-index portion 3-3 is constant, the thickness of the high-refractive-index portion 3-3 is constant at the center of the planar waveguide, and the thickness gradually decreases near the end face of the planar waveguide. As a result, the high refractive index portion 3-3 disappears at the end face of the planar waveguide.
[0064]
Therefore, if the refractive index of the core serving as the base is set as the refractive index of the normal core, the equivalent refractive index of the core is higher than the refractive index of the normal core at the center of the planar waveguide, and the end face of the planar waveguide In the vicinity, the equivalent refractive index of the core gradually decreases, and at the end face of the planar waveguide, the equivalent refractive index of the core becomes equal to that of a normal core.
For this reason, the spot size is small at the center of the planar waveguide, and even if the planar waveguide is bent, the bending loss can be reduced. Therefore, if the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 4 is applied to the input waveguide, the channel waveguide, and the output waveguide of the arrayed waveguide grating, the bending loss generated in the planar waveguide constituting the arrayed waveguide grating is reduced. Can be reduced.
[0065]
On the other hand, at the end face of the planar waveguide, the equivalent refractive index of the core becomes equal to the ordinary refractive index, so that the spot size becomes larger than that at the center. Since it is easy to set the spot size at the end face of the planar waveguide to be equal to the spot size of an optical fiber or the like, the coupling loss at a plurality of coupling portions in the arrayed waveguide type diffraction grating is reduced. Can be done.
[0066]
That is, with the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 4, the contradictory phenomenon occurring in the arrayed waveguide type diffraction grating can be uniformly solved, and the loss generated in the arrayed waveguide type diffraction grating can be reduced.
Here, the width and thickness of the high-refractive-index portion 3-3 are as described above, and the same effect can be obtained by providing a low-refractive-index portion in a core serving as a high-refractive-index base. It is possible to do this as described above.
[0067]
FIG. 6 shows a third embodiment of the planar waveguide of the present invention. FIG. 6A is a cross-sectional view in the optical path direction as viewed from the side surface of the planar waveguide, and FIG. 6B and FIG. 6C and FIG. 6D are cross-sectional views orthogonal to the optical path of the planar waveguide. 6C is a cross-sectional view taken along the line PP ′ in FIG. 6B, and FIG. 6D is a cross-sectional view taken along the line QQ ′ in FIG. 6B.
[0068]
Although the configuration of FIG. 6 and the configuration of FIG. 1 are essentially the same, the configuration of the high-refractive-index portion 3-3 is different.
In FIG. 6, 1 is a substrate, and 2 is an under cladding. Reference numeral 3-1 denotes a base core, and reference numeral 3-3 denotes a high refractive index portion formed in the base core. The planar waveguide of the present invention is formed by the base core 3-1 and the high refractive index portion 3-3. Of the core. 4 is an over cladding.
[0069]
That is, the configuration of the planar waveguide in FIG. 6 is such that the refractive index formed between the under cladding 2 and the over cladding 4 and the upper portion of the core 3-1 serving as the base are formed between the under cladding 2 and the over cladding 4. A core composed of a constant high refractive index portion 3-3 is sandwiched. The width and the thickness of the high refractive index portion 3-3 are constant at the center of the planar waveguide, and the width and the thickness gradually decrease near the end face of the planar waveguide. In the figure, the high refractive index portion 3-3 has been eliminated.
[0070]
Therefore, if the refractive index of the core serving as the base is set as the refractive index of the normal core, the equivalent refractive index of the core is higher than the refractive index of the normal core at the center of the planar waveguide, and the end face of the planar waveguide In the vicinity, the equivalent refractive index of the core gradually decreases, and at the end face of the planar waveguide, the equivalent refractive index of the core becomes equal to that of a normal core.
For this reason, the spot size is small at the center of the planar waveguide, and even if the planar waveguide is bent, the bending loss can be reduced. Therefore, if the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 6 is applied to the input waveguide, the channel waveguide, and the output waveguide of the arrayed waveguide grating, the bending loss generated in the planar waveguide constituting the arrayed waveguide grating is reduced. Can be reduced.
[0071]
On the other hand, at the end face of the planar waveguide, the equivalent refractive index of the core becomes equal to the ordinary refractive index, so that the spot size becomes larger than that at the center. Since it is easy to set the spot size at the end face of the planar waveguide to be equal to the spot size of an optical fiber or the like, the coupling loss at a plurality of coupling portions in the arrayed waveguide type diffraction grating is reduced. Can be done.
[0072]
That is, with the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 6, the contradictory phenomenon occurring in the arrayed waveguide type diffraction grating can be uniformly solved, and the loss generated in the arrayed waveguide type diffraction grating can be reduced.
Here, the width and thickness of the high-refractive-index portion 3-3 are as described above, and the same effect can be obtained by providing a low-refractive-index portion in a core serving as a high-refractive-index base. It is possible to do this as described above.
[0073]
The manufacturing process of the planar waveguide having the configuration of FIG. 6 and the manufacturing process of the planar waveguide having the configuration of FIG. 4 are the same except for the shape of the mask for forming the high refractive index portion. Illustration of the manufacturing process is omitted.
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the planar waveguide according to the present invention. FIG. 7A is a cross-sectional view in the optical path direction viewed from the side surface of the planar waveguide, and FIG. 7B and FIG. 7C and FIG. 7D are cross-sectional views orthogonal to the optical path of the planar waveguide. 7C is a cross-sectional view taken along the line PP ′ in FIG. 7B, and FIG. 7D is a cross-sectional view taken along the line QQ ′ in FIG. 7B.
[0074]
In FIG. 7, 1 is a substrate, and 2 is an under clad. Reference numeral 3-1 denotes a base core, and reference numeral 3-3 denotes a high refractive index portion formed in the base core. The planar waveguide of the present invention is formed by the base core 3-1 and the high refractive index portion 3-3. Of the core. 4 is an over cladding.
That is, the configuration of the planar waveguide of FIG. 7 is such that the core 3-1 serving as the base and the refractive index formed at the center of the core 3-1 serving as the base are located between the under cladding 2 and the over cladding 4. A core composed of a constant high refractive index portion 3-3 is sandwiched. The width of the high refractive index portion 3-3 is constant at the center of the planar waveguide, and the width gradually decreases near the end face of the planar waveguide. -3 is gone. That is, the configuration of FIG. 7 is such that the high refractive index portion in the first embodiment of the planar waveguide of the present invention is formed at the center of the base core.
[0075]
FIG. 8 shows a manufacturing process of the planar waveguide having the configuration of FIG.
In FIG. 8, 1 is a substrate, 2 is an under clad, 3-1 is a base core, 3-1b is a base core layer formed before ion implantation, and 3-1c is formed after ion implantation. Reference numeral 3-3 denotes a high refractive index portion, 4 denotes an over cladding, 5 denotes an exposed and developed mask, and 6 denotes an etching mask.
[0076]
An under clad 2 is formed on a substrate 1, a base layer 3-1b is formed on the under clad 2 prior to ion implantation, and a base core formed before ion implantation is formed. Since the steps up to the application of the masking agent on the layer 3-1b are the same as those shown in FIGS. 12A to 12C, the above steps are omitted in FIG. The subsequent steps are as follows.
[0077]
(D) The mask agent is exposed and developed to form a mask 5. This mask is the same as that of FIG.
(E) In the state of FIG. 8 (d), ions are implanted from above the drawing to form the high refractive index portion 3-3. Since the ion implantation is for increasing the refractive index, germanium ions are implanted, for example.
[0078]
(F) The mask 5 is removed.
(G) In the state of FIG. 8F, a core layer 3-1c serving as a base formed after ion implantation is formed. Thus, the core layer 3-1b serving as the base is all formed.
(H) The etching mask 6 is formed so as to cover a part of the core layer 3-1b serving as a base including the high refractive index portion 3-3. Note that the width of the etching mask 6 is substantially equal to the width of the portion left as the core 3-1 serving as the base.
[0079]
(I) The core layer 3-1b serving as a base other than the core layer 3-1 serving as a base is removed by etching. At this stage, the core of the planar waveguide of the present invention, which is composed of the high refractive index portion 3-3 and the core 3-1 as a base, remains on the under clad 2.
(G) The over cladding 4 is formed in the state shown in FIG. Thus, the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 7 is completed.
[0080]
As described above, a core 3-1 serving as a base and a high refractive index having a constant refractive index formed at the center of the core 3-1 serving as a base between the under cladding 2 and the over cladding 4. The core composed of the portion 3-3 is sandwiched. The width of the high refractive index portion 3-3 is constant at the center of the planar waveguide, and the width gradually decreases near the end face of the planar waveguide. -3 is gone.
[0081]
Therefore, if the refractive index of the core 3-1 serving as the base is set as the refractive index of the normal core, the equivalent refractive index of the core is higher than the refractive index of the normal core at the center of the planar waveguide. The equivalent refractive index of the core gradually decreases near the end face of the waveguide, and the equivalent refractive index of the core becomes equal to that of a normal core at the end face of the planar waveguide.
For this reason, the spot size is small at the center of the planar waveguide, and even if the planar waveguide is bent, the bending loss can be reduced. Therefore, if the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 7 is applied to the input waveguide, the channel waveguide, and the output waveguide of the arrayed waveguide grating, the bending loss generated in the planar waveguide constituting the arrayed waveguide grating is reduced. Can be reduced.
[0082]
On the other hand, at the end face of the planar waveguide, the equivalent refractive index of the core becomes equal to the ordinary refractive index, so that the spot size becomes larger than that at the center. Since it is easy to set the spot size at the end face of the planar waveguide to be equal to the spot size of an optical fiber or the like, the coupling loss at a plurality of coupling portions in the arrayed waveguide type diffraction grating is reduced. Can be done.
[0083]
That is, with the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 7, the contradictory phenomenon occurring in the arrayed waveguide type diffraction grating can be uniformly solved, and the loss generated in the arrayed waveguide type diffraction grating can be reduced.
The advantage of forming the high refractive index portion 3-3 at the center of the core 3-1 as a base is that the symmetry of the transmission mode can be ensured.
[0084]
In addition, any of the shapes already described can be applied to the shape of the high refractive index portion near the end face of the planar waveguide, and the width and thickness of the high refractive index portion 3-3 are as previously commented. As described above, the same effect can be obtained by providing a low refractive index portion in a core serving as a base having a high refractive index.
FIG. 9 shows a fifth embodiment of the planar waveguide according to the present invention. FIG. 9A is a cross-sectional view in the optical path direction as viewed from the side surface of the planar waveguide, and FIG. 9B and FIG. 9C and FIG. 9D show cross-sectional views orthogonal to the optical path of the planar waveguide. Note that FIG. 9C is a cross-sectional view taken along a line PP ′ in FIG. 9B, and FIG. 9D is a cross-sectional view taken along a line QQ ′ in FIG. 9B.
[0085]
In FIG. 9, 1 is a substrate, and 2 is an under clad. Reference numeral 3-1 denotes a base core, and reference numeral 3-3 denotes a high refractive index portion formed in the base core. The planar waveguide of the present invention is formed by the base core 3-1 and the high refractive index portion 3-3. Of the core. 4 is an over cladding.
The configuration of the planar waveguide in FIG. 9 is such that the base 3-1 and the refractive index formed at the center of the base 3-1 are constant between the under clad 2 and the over clad 4. A core composed of the high refractive index portion 3-3 is sandwiched. The width of the high refractive index portion 3-3 is constant near the center and the end face of the planar waveguide. Further, the amount of the additive for forming the high-refractive-index portion near the end surface of the planar waveguide gradually decreases, and the high-refractive-index portion 3-3 disappears at the end surface of the planar waveguide. ing. In order to make the amount of the additive variable from place to place as described above, the amount of the additive implanted by the ion beam changes with time, regardless of whether the ion beam is moved or the substrate of the planar waveguide is moved. You can do it.
[0086]
Therefore, if the refractive index of the core serving as the base is set as the refractive index of the normal core, the equivalent refractive index of the core is higher than the refractive index of the normal core at the center of the planar waveguide, and the end face of the planar waveguide In the vicinity, the equivalent refractive index of the core gradually decreases, and at the end face of the planar waveguide, the equivalent refractive index of the core becomes equal to that of a normal core.
For this reason, the spot size is small at the center of the planar waveguide, and even if the planar waveguide is bent, the bending loss can be reduced. Therefore, if the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 9 is applied to the input waveguide, the channel waveguide, and the output waveguide of the arrayed waveguide grating, the bending loss generated in the planar waveguide constituting the arrayed waveguide grating is reduced. Can be reduced.
[0087]
On the other hand, at the end face of the planar waveguide, the equivalent refractive index of the core becomes equal to the ordinary refractive index, so that the spot size becomes larger than that at the center. Since it is easy to set the spot size at the end face of the planar waveguide to be equal to the spot size of an optical fiber or the like, the coupling loss at a plurality of coupling portions in the arrayed waveguide type diffraction grating is reduced. Can be done.
[0088]
That is, with the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 9, the contradictory phenomenon that has occurred in the arrayed waveguide type diffraction grating can be uniformly solved, and the loss generated in the arrayed waveguide type diffraction grating can be reduced.
Here, the width and thickness of the high refractive index portion 3-3 are as previously commented, and the shape of the high refractive index portion 3-3 near the end face of the planar waveguide is the same as described above. As described above, the same effect can be obtained by providing a low refractive index portion in a core serving as a base having a high refractive index.
[0089]
In the manufacturing process of the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 9, it is preferable to use the FIB method in order to change the ion implantation amount with respect to the place. However, since it is as described in the manufacturing process of FIG. Illustration of the process is omitted.
This concludes the description of the technology of the present invention relating to the planar waveguide. Hereinafter, the technology of the present invention relating to the arrayed waveguide type diffraction grating will be described.
[0090]
FIG. 10 shows a first embodiment of the arrayed waveguide grating of the present invention.
In FIG. 10, 11, 11a and 11b optical fibers, 12 is a clad forming an arrayed waveguide type diffraction grating, 13 is a core of an input waveguide forming an arrayed waveguide type diffraction grating, and 13-3 is an input waveguide. A high-refractive-index portion in the core 13, a core 14 of the channel waveguide into which light from the input waveguide is branched and input, a high-refractive-index portion 14-3 in the core of the channel waveguide, and a channel guide 15 A core of an output waveguide that outputs a plurality of wavelengths of light propagating through the waveguide 14 for each wavelength, 15-3 is a high refractive index portion in the output waveguide, and 16 is a channel guide for light from the core 13 of the input waveguide. A slab waveguide 17 branches to the core 14 of the waveguide, and 17 a slab waveguide that branches light from the core 14 of the channel waveguide to the core 15 of the output waveguide for each wavelength. In addition, in order to avoid complication of the figure, three cores 14 of the channel waveguide and two cores 15 of the output waveguide are shown, but in reality, the core 14 of the channel waveguide may have several cores. The number of cores 15 of the output waveguide is determined depending on the number of wavelengths used, ranging from ten to several hundreds. In addition, the function of the arrayed waveguide type diffraction grating has been described in detail in the related art, so that the description is omitted.
[0091]
The feature of the configuration in FIG. 10 is that the planar waveguide having the configuration in FIG. 1 is applied. Therefore, if the refractive index of the base core without the sign is set as the refractive index of the normal core, the equivalent refractive index of the core is higher than the refractive index of the normal core at the center of the planar waveguide, The equivalent refractive index of the core gradually decreases near the end face of the planar waveguide, and the equivalent refractive index of the core becomes equal to that of a normal core at the end face of the planar waveguide.
[0092]
For this reason, if the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 1 is applied to the input waveguide, the channel waveguide, and the output waveguide of the arrayed waveguide type diffraction grating, the bending generated in the planar waveguide forming the arrayed waveguide type diffraction grating will be described. The loss can be reduced.
At the same time, there is an effect that the spot size of light in the channel waveguide and the output waveguide increases toward the coupling portion with the slab waveguide. As a result, light spread by diffraction in the slab waveguide is efficiently guided to the channel waveguide and the output waveguide having a large spot size. The coupling loss at the coupling point is reduced.
[0093]
On the other hand, at the end face of the planar waveguide, the equivalent refractive index of the core becomes equal to the ordinary refractive index, so that the spot size becomes larger than that at the center. Since it is easy to set the spot size at the end face of the planar waveguide to be equal to the spot size of an optical fiber or the like, the coupling loss at a plurality of coupling portions in the arrayed waveguide type diffraction grating is reduced. Can be done.
[0094]
Here, the description has been made assuming that the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 1 is applied to the arrayed waveguide type diffraction grating, but the planar waveguide having the configuration shown in FIG. 3, FIG. 4, FIG. 6, FIG. It is also possible to apply
FIG. 11 shows a second embodiment of the arrayed waveguide grating of the present invention.
In FIG. 11, 11, 11a and 11b are optical fibers, 12 is a clad forming an arrayed waveguide type diffraction grating, 13 is a core of an input waveguide forming an arrayed waveguide type diffraction grating, and 14 is a signal from the input waveguide. A channel waveguide core for splitting and inputting light, 15 is a core of an output waveguide for outputting light of a plurality of wavelengths propagating through the channel waveguide 14 for each wavelength, and 16 is a core of the input waveguide core 13. A slab waveguide for branching light into the core 14 of the channel waveguide, 16-4 are low-refractive-index portions formed on both sides of a coupling portion of the slab waveguide 16 with the channel waveguide 14, and 17 is a channel waveguide. A slab waveguide for branching light from the core 14 into the output waveguide core 15 for each wavelength, and 17-4 are portions on both sides of a coupling portion of the slab waveguide 17 with the channel waveguide 14 and the output waveguide 15. Formed into A low refractive index portion.
[0095]
A feature of the configuration of FIG. 11 is that, in the slab waveguide 16 and the slab waveguide 17, regions where the refractive index for light on both sides of the coupling portion with the channel waveguide 14 and the plurality of output waveguides 15 are small. It is in. Thereby, at the coupling portion between the channel waveguide and the output waveguide of the two slab waveguides, an effect of guiding light traveling inside the slab waveguide to around the coupling portion with the channel waveguide and the output waveguide is obtained. It is possible to reduce the coupling loss at the junction between the channel waveguide and the output waveguide and the two slab waveguides. As for the low refractive index portion, as shown in the example of FIG. 11, of the slab waveguide near the coupling portion with the channel waveguide and the output waveguide, both sides of the path incident on the channel waveguide and the output waveguide. For example, it is preferable to dispose it in a place where light is not to be guided.
[0096]
And, of course, a configuration having both the configuration of FIG. 10 and the configuration of FIG. 11 is also possible. Although FIGS. 10 and 11 show an example in which the number of input waveguides is one, generally, the number of input waveguides in an arrayed waveguide type diffraction grating is not limited to one.
FIG. 11 shows that two slab waveguides are connected to a plurality of channel waveguides and a plurality of output waveguides at both of the plurality of channel waveguides and the plurality of output waveguides. Although an example is shown in which a configuration is provided in which the refractive index of the side portion with respect to light is reduced, the above configuration may be provided in one slab waveguide.
[0097]
Further, FIG. 11 shows an example in which a configuration in which the refractive index for light is reduced is not provided at a coupling point with one input waveguide. Can be provided.
Then, if necessary, the above-described configuration may be provided by selecting a coupling portion with the input waveguide, the channel waveguide, and the output waveguide.
[0098]
(Supplementary Note 1) A structure comprising a substrate, an under cladding, a core, and an over cladding formed on a main surface of the substrate, wherein the core is embedded between the under cladding and the over cladding. A planar waveguide,
The core comprises a core serving as a base exhibiting a constant refractive index to light, and a different refractive index portion having a different refractive index from the base core,
In the vicinity of the end face of the planar waveguide, there is provided a light spot size converter for gradually changing the equivalent refractive index of the core with respect to light along the light propagation direction toward the end face.
A planar waveguide, characterized in that:
[0099]
(Supplementary Note 2) The planar waveguide according to Supplementary Note 1, wherein
In the vicinity of the end face of the planar waveguide, a light spot size conversion portion is provided, which gradually lowers the refractive index of the core with respect to light along the light propagation direction toward the end face.
A planar waveguide, characterized in that:
[0100]
(Supplementary note 3) The planar waveguide according to supplementary note 2, wherein
The core serving as the base is a core containing silicon dioxide having a predetermined refractive index as a main component,
In the center of the planar waveguide, a predetermined amount of an additive having a refractive index larger than the predetermined refractive index is ion-implanted into the base core,
Near the end face of the planar waveguide, the amount of the additive was gradually reduced along the light propagation direction.
A planar waveguide, characterized in that:
[0101]
(Supplementary Note 4) The input waveguide, the channel waveguide, the output waveguide, the first slab waveguide that couples the two waveguides and the channel waveguide, the channel waveguide and the output waveguide. An arrayed waveguide type diffraction grating comprising: a second slab waveguide that couples with a waveguide,
The planar waveguide according to any one of supplementary notes 1 to 3 is applied to the input waveguide, the channel waveguide, and the output waveguide.
An arrayed waveguide type diffraction grating, characterized in that:
[0102]
(Supplementary Note 5) The input waveguide, the channel waveguide, the output waveguide, the first slab waveguide connecting the input waveguide and the channel waveguide, the channel waveguide and the output waveguide, An array waveguide type diffraction grating comprising a second slab waveguide that couples
In the first slab waveguide or the second slab waveguide, a configuration in which a refractive index for light on both sides of a coupling portion with the input waveguide, the channel waveguide, or the output waveguide is reduced. An arrayed waveguide type diffraction grating comprising:
[0103]
(Supplementary Note 6) The planar waveguide according to Supplementary Note 2, wherein
The core serving as a base has a refractive index larger than a predetermined value and is a core mainly composed of silicon dioxide,
In the vicinity of the end face of the planar waveguide, an additive for lowering the refractive index was ion-implanted by gradually increasing the amount of the additive along the light propagation direction.
A planar waveguide, characterized in that:
[0104]
(Supplementary note 7) The planar waveguide according to supplementary note 3, wherein
In the vicinity of the end face of the planar waveguide, in order to gradually decrease the amount of the additive toward the end face along the light propagation direction, the width of the ion implantation, the thickness of the ion implantation, the Gradually reduced one of the concentrations
A planar waveguide, characterized in that:
[0105]
(Supplementary Note 8) The planar waveguide according to supplementary note 6, wherein
In the vicinity of the end face of the planar waveguide, in order to gradually increase the amount of the additive for lowering the refractive index along the light propagation direction, the width of the ion implantation, the thickness of the ion implantation, Gradually increased one of the concentrations
A planar waveguide, characterized in that:
[0106]
(Supplementary Note 9) Combined with the configurations described in Supplementary Note 4 and Supplementary Note 5
An arrayed waveguide type diffraction grating, characterized in that:
[0107]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, in the vicinity of the end face of the planar waveguide, the refractive index of the core with respect to light gradually changes along the light propagation direction, and the light spot diameter changes along the light propagation direction. It is possible to realize a planar waveguide that changes gradually and an arrayed waveguide type diffraction grating with little loss.
[0108]
That is, according to the first invention, the core is constituted by a core serving as a base exhibiting a constant refractive index with respect to light, and a different refractive index portion having a different refractive index from the core serving as the base. In the vicinity of the end face of the waveguide, the amount of the additive in the different refractive index portion is gradually changed along the light propagation direction, so that the light spot size is different between the center part and the end face part of the planar waveguide. be able to.
[0109]
According to the second aspect, the amount of the additive in the different refractive index portion is gradually reduced in the vicinity of the end face of the planar waveguide along the light propagation direction. The size can be small, and the spot size can be larger at the end face than at the center.
According to the third aspect of the present invention, the core serving as the base is made of silicon dioxide having a normal refractive index as a main component, and the refractive index of the different refractive index portion is adjusted to a predetermined refractive index at the center of the planar waveguide. A predetermined amount of an additive having a refractive index higher than the refractive index is ion-implanted, and the amount of the additive in the different refractive index portion is gradually reduced in the vicinity of the end face of the planar waveguide along the light propagation direction. At the center of the planar waveguide, the spot size is reduced to reduce the loss due to the bending of the core. The coupling loss at the coupling portion can be reduced.
[0110]
According to the fourth aspect, the planar waveguide according to any one of the first to third aspects is applied to the core of the input waveguide, the channel waveguide, and the output waveguide. Loss in the diffraction grating and at the junction between the arrayed waveguide diffraction grating and another light propagation element can be reduced.
Further, according to the fifth invention, in the first slab waveguide or the second slab waveguide, the portions on both sides of the coupling portion with the core of the input waveguide or the channel waveguide or the core of the output waveguide. Since the first slab waveguide and the second slab waveguide have a configuration in which the refractive index with respect to light is reduced, a coupling portion between the input waveguide, the channel waveguide, and the core of the output waveguide is formed. Can be reduced.
[0111]
This makes it possible to reduce the size, cost, and loss of the optical transmission device that constitutes the optical transmission system, and particularly facilitates the introduction of a subscriber-based optical transmission system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a first embodiment of a planar waveguide according to the present invention.
FIG. 2 is a manufacturing process of the planar waveguide of FIG. 1;
FIG. 3 is a modification of the first embodiment of the planar waveguide of the present invention.
FIG. 4 shows a second embodiment of the planar waveguide of the present invention.
FIG. 5 is a manufacturing process of the planar waveguide having the configuration of FIG. 4;
FIG. 6 shows a third embodiment of the planar waveguide according to the present invention.
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the planar waveguide of the present invention.
FIG. 8 is a manufacturing process of the planar waveguide having the configuration of FIG. 7;
FIG. 9 shows a fifth embodiment of the planar waveguide according to the present invention.
FIG. 10 shows a first embodiment of an arrayed waveguide type diffraction grating of the present invention.
FIG. 11 shows a second embodiment of the arrayed waveguide type diffraction grating of the present invention.
FIG. 12 shows a normal manufacturing process of a planar waveguide.
FIG. 13 shows a configuration of a conventional arrayed waveguide type diffraction grating.
[Explanation of symbols]
1 substrate
2 Under Clad
3 core
3a core layer
3-1 Base Core
3-1a Core layer serving as a base
3-1b Base Core Layer
3-1c Base core layer
3-3 High refractive index part
3-4 Low refractive index part
4 Over cladding
5 Mask
5a Masking agent
11 Optical fiber
11a Optical fiber
11b Optical fiber
12 clad
13. Core of input waveguide
14 Channel waveguide core
15 Output waveguide core
16 Slab waveguide
17 Slab waveguide
13-3 High refractive index part
14-3 High refractive index part
15-3 High refractive index part
16-4 Low refractive index part
17-4 Low refractive index part

Claims (5)

基板と、該基板の主面に形成された、アンダー・クラッドとコア及びオーバー・クラッドとから成り、該コアが該アンダー・クラッド及び該オーバー・クラッドの間に埋め込まれた構造の平面導波路であって、
該コアを、光に対して一定の屈折率を呈するベースとなるコアと、該ベースとなるコアとは屈折率が異なる異屈折率部とで構成し、
平面導波路の端面近傍において、該異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って端面に向かって徐々に変化させた
ことを特徴とする平面導波路。A planar waveguide having a structure formed of a substrate, an under cladding, a core, and an over cladding formed on a main surface of the substrate, wherein the core is embedded between the under cladding and the over cladding. So,
The core comprises a core serving as a base exhibiting a constant refractive index to light, and a different refractive index portion having a different refractive index from the base core,
A planar waveguide in which the amount of the additive in the different refractive index portion is gradually changed in the vicinity of the end surface of the planar waveguide toward the end surface along the light propagation direction. 請求項１に記載の平面導波路であって、
上記平面導波路の端面近傍において、上記異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って端面に向かって徐々に低下させた
ことを特徴とする平面導波路。The planar waveguide according to claim 1, wherein
A planar waveguide in which the amount of the additive in the different refractive index portion is gradually reduced in the vicinity of the end face of the planar waveguide toward the end face along the light propagation direction. 請求項２に記載の平面導波路であって、
上記ベースとなるコアを、通常の屈折率の二酸化シリコンを主成分とするコアとし、
上記平面導波路の中心部において、該異屈折率部の屈折率を該所定の屈折率より大きい屈折率とする添加物を所定量イオン注入し、
該平面導波路の端面近傍において、上記異屈折率部の添加物の量を光の伝搬方向に沿って徐々に低下させた
ことを特徴とする平面導波路。The planar waveguide according to claim 2, wherein
The core serving as the base is a core mainly composed of silicon dioxide having a normal refractive index,
In the center portion of the planar waveguide, a predetermined amount of an ion implanted with an additive having a refractive index of the different refractive index portion larger than the predetermined refractive index,
A planar waveguide characterized in that the amount of the additive in the different refractive index portion is gradually reduced in the vicinity of the end face of the planar waveguide along the light propagation direction. 入力導波路と、チャネル導波路と、出力導波路と、該入力導波路と該チャネル導波路とを結合する第一のスラブ導波路と、該チャネル導波路と該出力導波路とを結合する第二のスラブ導波路とを備えるアレイ導波路型回折格子であって、
該入力導波路と該チャネル導波路と該出力導波路に、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の平面導波路を適用した
ことを特徴とするアレイ導波路型回折格子。An input waveguide, a channel waveguide, an output waveguide, a first slab waveguide that couples the input waveguide and the channel waveguide, and a second slab waveguide that couples the channel waveguide and the output waveguide. An array waveguide type diffraction grating comprising two slab waveguides,
An array waveguide type diffraction grating, wherein the planar waveguide according to any one of claims 1 to 3 is applied to the input waveguide, the channel waveguide, and the output waveguide. 入力導波路と、チャネル導波路と、出力導波路と、該入力導波路と該チャネル導波路とを結合する第一のスラブ導波路と、該チャネル導波路と該出力導波路とを結合する第二のスラブ導波路とを備えるアレイ導波路型回折格子であって、
該第一のスラブ導波路又は該第二のスラブ導波路において、該入力導波路又は該チャネル導波路又は該出力導波路との結合部の両脇の部分の光に対する屈折率を低下させた構成を有する
ことを特徴とするアレイ導波路型回折格子。An input waveguide, a channel waveguide, an output waveguide, a first slab waveguide that couples the input waveguide and the channel waveguide, and a second slab waveguide that couples the channel waveguide and the output waveguide. An array waveguide type diffraction grating comprising two slab waveguides,
In the first slab waveguide or the second slab waveguide, a configuration in which a refractive index for light on both sides of a coupling portion with the input waveguide, the channel waveguide, or the output waveguide is reduced. An arrayed waveguide type diffraction grating comprising:
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